基于文丘里管的气液两相流参数检测方法研究

摘要

两相流广泛存在于动力、化工、石油、冶金、管道运输、医药、制冷等领域,其参数的测量对国民经济和工业生产都具有十分重要的意义.同时,两相流动是一个非常复杂的过程,影响流动的参数很多,检测相当困难.流量、压力降以及含气率是气液两相流动中非常重要的参数.本文采用文丘里管,就这三个参数的检测及其内在关系展开研究,提出了一种基于空隙率和差压的流量测量方法;和电容层析成像技术相结合实现了油气两相流量测量;针对差压波动信号和空隙率进行了关联研究,提出一种基于差压波动信号的空隙率测量方法.本论文的主要研究成果有:1)提出了一种采用文丘里管的适合低干度的气液两相流流量测量方法,并建立了相应的测量模型.该模型从两相流的动力学模型出发,考虑了气液两相速度比(滑移比)的影响,并根据低干度的特点,采用空隙率参数取代常规的干度作为模型主参数.由于现有技术中,空隙率的在线测量比干度测量相对容易实现,因此本文提出的测量方法更容易在工程中应用.在D=40mm和D=50mm管道,空隙率为10~85％、干度低于2％、油体积流量为4.2~7.8m<'3>/h、水体积流量为4.7~10.0 m<'3>/h的范围内,测量了油气两相流和气水两相流的质量流量.2)研究了流型对测量模型和测量结果的影响,提出了基于流型的气液两相流流量测量的方法.在不同流型下,通过改变测量模型的系数可提高模型的测量精度.在流型辨识的基础上进行了两相流总质量流量和液相质量流量的测量.3)基于ECT(电容层析成像)装置可实现气液两相流空隙率测量的原理,提出了ECT装置与文丘里管相结合的油气两相流的实时在线测量系统.经浙江省质量技术监督检测研究院测试,该系统的总质量流量和液相质量流量的均方根误差均小于5％.4)研究了节流装置差压波动信号与空隙率的关系.将量纲分析方法引入差压波动数据的分析中,并结合加速压降的理论,分析了油气、气水两相流的流量、流体密度、压力、差压、管径等参数对差压-空隙率关系的影响,并得到了差压波动信号与空隙率的无量纲关系式.实验结果表明,利用本文的差压-空隙率关系式可以较准确的对空隙率值进行检测,为间接测量空隙率提供了一种简便的方法.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2两相流中的主要参数

1.2.1流型

1.2.2表观速度

1.2.3滑移比

1.2.4分相含率

1.2.5压力和压力降

1.2.6流量

1.3两相流的研究方法

1.4气液两相流参数检测技术及发展趋势

1.5本文的研究内容与意义

第二章气液两相流测量的文献综述

2.1气液两相流体流量测量的工业背景

2.2多相流量测量的基本技术

2.2.1分相含率的测量技术

2.2.2流量测量技术

2.3应用于两相流量测量的流量计

2.3.1节流流量计

2.3.2速度流量计

2.3.3涡轮流量计

2.3.4哥里奥利力式流量计

2.3.5相关法测量两相流流量

2.4采用新技术测量气液两相流量

2.4.1分流分相法

2.4.2利用涡街特性测量气液两相流流量与组分

2.4.3应用光纤技术测量气液两相流

2.5组合式多相流量测量方法的研究与应用

2.5.1 Fluenta公司的MPFM1900VI型多相流量计

2.5.2 MFI公司的LP型多相流流量计

2.5.3 Framo公司的MPFM型多相流量计

2.5.4 AGAR公司的MPFM-301型多相流量计

2.6小结

第三章节流装置测量气液两相流量测量

3.1节流装置测量单相流量的原理

3.2标准文丘里管的优点

3.3文丘里管对气液两相流流型的影响

3.4节流法两相流量测量模型综述

3.4.1节流法流量测量模型的发展

3.4.2均相流动模型

3.4.3分相流动模型

3.5基于空隙率测量流量和干度的模型

3.5.1理论模型

3.5.2测量模型系数的说明

3.6小结

第四章基于空隙率测量气液两相流量

4.1实验装置与实验方案

4.1.1实验装置

4.1.2实验中的问题及解决办法

4.1.3实验方案

4.2测量结果与误差

4.2.1确定测量模型中的系数

4.2.2油气两相流测量结果与误差

4.2.3气水两相流测量结果与误差

4.2.4测量误差的讨论

4.3流量模型对孔板的适用性

4.4测量模型中各系数的讨论

4.5基于流型的油气两相流量测量

4.6小结

第五章组合式流量测量装置实时测量油气两相流量

5.1基于文丘里管与ECT装置的油气两相流量实时测量

5.1.1 ECT的测量原理

5.1.2用于空隙率测量的组合型图像重建算法

5.1.3基于文丘里管与ECT装置的组合式流量测量系统

5.1.4测量结果与误差

5.2与其它测量方法的比较

5.3小结

第六章气液两相流差压波动信号与空隙率关系的研究

6.1气液两相流文丘里管差压信号的波动特性

6.2差压波动信号的研究现状

6.2.1申国强、林宗虎的研究方法与结论

6.2.2劳力云的研究方法与结论

6.2.3徐立军的研究方法与结论

6.2.4井上晃的研究结论

6.3文丘里管差压波动信号与空隙率关系的研究

6.3.1理论模型

6.3.2实验设备与实验工况

6.3.3实验数据的处理方法

6.3.4差压波动数据分析

6.3.5差压—空隙率动态模型

6.3.6空隙率测量误差分析

6.4小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表和录用的论文

致谢