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文丘里管在湿气测量中的应用研究

罗翼  
【摘要】: 当今,无论在自然界,还是工程界,两相流课题的重要性早已人所共知。湿气作为气液两相流动的一种特殊形态,广泛存在于油气开采、蒸汽发电等多种重要场合。气液两相流基础研究始于上世纪中叶,在上世纪末本世纪初,AGAR、ISA等公司首次推出了商用的在线湿气流量计,并迅速在英国的北海、美洲的墨西哥湾等油气开采现场获得了成功的应用。 本课题以低压工况为背景,对文丘里管的湿气测量特性展开研究,所做的工作大致包括原理研究与分析、实验装置建设、实流实验和半经验模型研究四个部分。 首先,介绍了湿气测量的基本参数和“虚高”理论,对经典的文丘里管湿气测量模型进行了比较和分析,并以两相流体动力学为基础,从动量方程出发,推导了文丘里管湿气测量的分相理论模型。 其次,对三相流综合实验装置进行了改造。设计了水平湿气实验管段以及相关辅助实验设备,建立和完善了计算机数据采集、控制系统,硬件上以工控机为平台,用多块PCI数据采集卡搭建数据I/O通道,软件上采用Visual Basic 6.0和MCGS组态软件混合编程,初步适应了湿气实验的要求。 再次,通过大量实流实验,验证了气相流速、压力、液相含率及文丘里管尺寸对虚高特性的影响,对经典的文丘里管湿气模型在低压下的虚高修正特性作了比较实验研究,并发现大部分基于中高压工况的湿气模型不能适应低压测量,且无法很好的克服虚高-液相含率曲线在低压区的非线性。 最后,根据低压工况的特点,发现液相含率是影响虚高的主导因素,而压力和气相流速在很大范围内对虚高影响不大,同时,通过对三种不同管径比文丘里管的实验,发现β值为0.55时信号分散性最小。基于此,结合前面推导的分相理论计算式,提出了新的半经验文丘里管湿气测量模型,并分析了新模型的误差水平。


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