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基于波动性的气液两相流参数检测研究

梁强  
【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。研究两相流体力学,探讨两相流动的机理,准确检测两相流的各种参数对现代工业设备的研制和开发具有非常重要的意义。目前已经成为国内外给予极大关注的前沿学科,但是两相流系统是复杂的非线性系统,两相流参数检测的难度较大。因此,两相流参数检测是一个急需发展的研究领域。 本文在对两相流动过程中的波动性研究的基础上,提出了表示两相流波动性的波动系数,并进一步将波动系数应用于气液两相流的流型识别和流量等参数的测量中。本文的主要工作和创新点如下: (1)提出了反映两相流动状态的波动系数,并分析了与之相关的各种影响因素。论文从能量守恒方程出发,分析了两相流通过节流装置的流动过程,推导出一种实用的反映波动性强弱的两相流波动系数。在此基础上,进一步分析了波动系数与体积含气率、管道管径、流量、流型的关系。结果表明,作为反映两相流动状态的一个特征参数,波动系数可以用于两相流型分析和流量等参数的测量。 (2)提出基于两相流波动性的流型识别方法。论文通过气水两相流和油气两相流的大量实验分析,找到了两相流波动系数与流型及其他参数间的变化规律。借助于两相流的另一个特征参数R,可以较准确地区分泡状流、塞状流、弹状流、环状流和分层流等各种气液两相流的流型,同时利用波动系数和特征参数R还可以表示两相流流型的过渡状态。 (3)提出了基于流型的流量测量方法,分析了波动系数与流量测量精度的关系。论文通过对文丘里管前后两端的动态差压信号的分析和处理,根据用波动系数确定的流型,建立了不同流型下的各种流量测量公式。研究表明,这种基于流型的流量测量方法可使两相流流量相对误差的均值由大于10%缩小到5.7%,相对误差的均方根从大于20%缩小到4.2%,较好提高测量精度;实验结果还发现,在一定流型的条件下,波动系数越大,流量测量的误差相对越大,这表明波动系数在一定程度上可反映流量测量的准确程度。 (4)提出了基于环形管的双参数测量方法。论文分析了两相流在环形管中流动时的沿程阻力和离心力与两相流流量、体积含气率等参数间的关系,通过实验得到了环形管上下段差压与两相流总流量及体积含气率之间的经验关系式,从而实现了两相流流量和体积含气率的双参数测量。实验表明引入波动系数对结果进行修正可有效减少体积含气率估计值的误差,其中绝对误差的均值为1.2%,均方根为1.6%,说明论文提出的双参数测量方法在已有的实验条件下是可行的。


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