多相流体流量测量的采样分流方法

借用数据采集中的采样概念,提出了一种多相流采样分流方法,以获得具有高度代表性的分流体,从而提高多相流体的流量测量精度.首先,以足够高的频率从被测多相流中采集流量数据(分流体),然后把采集到的分流体分离成单相流体,再分别用单相流量计测量其流量,最后根据采样关系确定被测多相流体的总流量.由于分流体只占总流量的很少一部分,因此所需分离器的体积可以大幅度缩小,基本接近普通单相流量计的大小.在油气水三相流实验回路上进行了实验研究,结果表明在实验范围内,采样机构运转平稳、可靠,获得的分流体具有足够高的代表性,测量结果与流型无关,干度偏差小于2%,总流量的测量不确定度小于3.82%.     

插拔式变比例均匀取样器及气液两相流量计量

分流比是取样型多相计量装置的关键参数,传统取样装置取样比固定,难以适应现场工况变化。为实现取样比在线调节,提出一种插拔式新型取样器,分流孔数为20,直径为3 mm,沿主管管周均匀布置,取样截面上游设置螺旋器诱发来流形成均匀螺旋环状流,通过特殊设计的取样管可动态改变分流孔的连接方式从而获得期望的取样比。根据取样孔和主流孔阻力平衡关系,推导气液相分流系数公式,并在气液两相流试验环道上进行试验验证。结果表明气液相分流系数主要取决于取样孔和主流孔的数目,不受气液相折算速度、入口流型的影响,气液相流量测量最大误差小于±5%;与单孔取样相比,三孔取样阻力损失更低,同时由于进行了多点取样,降低了对液膜均匀程度的依赖,能够在更低的气液相流速工况下工作。     

水平管气液环状流在新型分配器中的分配研究

设计了一种新型三通型两相分配器，该分配器主管侧壁均匀分布着直径均为3．5mm的8个小孔，主管中的气液混合物通过安装在主管外壁上的环室进入侧支管．通过在空气一水实验台上对水平管气液环状两相流通过该分配器进行的实验研究发现：与传统三通分配器的分配特性不同，该分配器的液相会优先进入侧支管．建立了相分配模型，认为对于环状流，通过管壁小孔的液膜将被小孔捕获，从而进入侧支管．该模型还提出了分配影响区修正系数，实验发现该系数与入口干度成线性关系．预测的气液相分流系数、主管出口与直通管间压力损失与实验结果吻合得很好，最大误差为7．24％．     

旋流型管壁取样分配器分流特性

试制一种特殊的T型三通管结构取样器,8个取样孔均匀布置在管壁周围,取样孔上游布置有旋流叶片用于流型调整。研究气液两相流通过该分配器的流动特性。采用Euler气液两相流模型和雷诺应力模型,通过数值模拟方法分析节流元件尺寸对分配器分流特性的影响,并在多相流试验环道上开展试验研究。结果表明:旋流取样分配器特性受节流元件尺寸影响显著,前后压力场的变化是分流系数发生变化的根本原因。     

输气管模拟实验系统开发

该文对自主设计和开发天然气长距离管道输送模拟实验系统进行研究,可准确模拟管道长度、起终点压力的变化对管路沿线压力流量的影响,以及管线出现泄漏时沿线压力和流量的变化。该实验系统可用于油气储运专业天然气管道输送课程的实验教学以及相关科研实验。     

基于管壁取样的气液两相流量测量

为克服传统取样式多相流量测量方法取样口易堵塞的缺点,提出了通过管壁取样测量气液两相流体流量的新方法.管壁四周均匀布置4个直径为2.5 mm的取样孔,并在上游采用旋流叶片将来流整改成液膜厚度均匀分布的环状流型,从而增强了取样的代表性.分析表明,取样流体中的液相质量流量与主流体液相质量流量的比值主要取决于取样孔的数目和大小,而取样流体中的气相质量流量与主流体气相质量流量的比值则与主管路液相流量有关.在管径为0.04 m的气液两相流实验回路进行的实验表明,在实验范围内液相取样比为0.049,基本不受主管气液相流量波动的影响,能够在宽广的流动范围内维持恒定.液相流量最大测量误差为6.8%,气相流量最大测量误差为8.9%.     

基于分时原理的气液两相流量测量

取样式多相计量要求取样流体与主管被测流体保持稳定的比例关系,基于这点,为保证取样的代表性,根据从时间上对多相流体进行取样的分时分配原理,设计了基于该原理的转轮型分配装置,实现了气液两相流量测量。利用空气-水为实验介质,在气液两相流实验系统上进行了实验验证。实验中出现的流型包括波浪流、环状流及弹状流,在实验范围内进入取样回路的气液相流量与主管被测流量保持稳定的线性关系,液相、气相流量测量最大误差分别为7．3％和7．5％。     

气液两相流临界分配特性及相分离控制

为实现对气液两相流的均匀分配,提出了一种由旋流叶片、整流器以及两个分流喷嘴组成的新型分配装置。其工作原理是:通过旋流叶片将来流调整为均匀环状流型,以保证两分流喷嘴入口接触气液两相流的几率相等;通过喷嘴加速两相流达到当地声速,形成临界流动,以克服喷嘴下游各支管路阻力特性不一致所导致的相分离。在气液两相流实验环道上开展了实验测试,实验分配器分流喷嘴喉部直径为8mm,扩张角为21°。实验气相折算速度范围为7~20m/s,液相折算速度范围为0.013~0.16m/s,出现的流型包括波浪流、段塞流以及半环状流。结果表明:在喷嘴喉部气液混合物速度达到声速的条件下,气液相分流系数接近理论值0.5,不受上游流型以及气液流速的影响。侧支管干度与主管干度最大偏差小于±5%,而当液相折算速度小于0.02m/s时,无法形成均匀环状流,气相更容易进入侧支管。提高液相折算速度以及喷嘴差压在分配总压降中所占比重,将有助于降低相分离程度。所提出的分配器结构紧凑,无分离装置和控制元件,基本无需维护,有望在高压两相流分配系统中获得广泛应用。     

临界区水和蒸汽物性计算

对超临界区域内水和蒸汽的性质进行精确计算,对于超临界和超超临界锅炉的安全运行具有重要的意义.传统的水和蒸汽性质计算公式IFC-67 具有计算速度慢、精度低等缺点.以水和蒸汽性质国际协会公布的热力学性质新工业标准IAPWS-IF97　为基础,利用面向对象编程技术对超临界区域的热力学性质参数以及迁移性质等参数进行了计算.发现在温度和压力很高的超临界区域,水和蒸汽的参数会发生显著的变化,通过物性参数的精确预测可以有效地对锅炉进行优化设计,预防和避免事故发生.     

水平管气液分层流压力梯度和含气率计算方法研究

在内径为80mm的大型多相流实验环道上，深入研究了高气相流速下气液分层流压力梯度和截面含气率特性，截面含气率采用双能伽马射线密度仅测量．通过对相间剪切应力的研究，提出应用气相动量方程计算压力梯度和界面含气率．采用FLAT、ARS、MARS 3种界面形状模型计算了水平管气液两相分层流压力梯度和截面含气率，并将计算结果与实验结果进行了对比分析,ARS和MARS模型的预测结果接近且误差小，因此推荐采用ARS或MARS模型预测高气相流速分层流压力梯度和截面含气率．