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氣液兩相流量測量淺析

作者: 時(shí)間:2009-07-22 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

摘要:本文簡(jiǎn)介了多相流與單相流的差異,它將隨著(zhù)工況與環(huán)境的變化,呈現多種的流態(tài),而不同的流態(tài)將采用不同的數學(xué)模型進(jìn)行描述。流態(tài)是影響多相流量各項技術(shù)指標的關(guān)鍵因素,在某一分相流率應用較好的流量計未必可成功應用于其他情況。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/195790.htm


  近幾十年來(lái),隨著(zhù)工業(yè)現代化的加速,在不少領(lǐng)域中出現了兩相流,如熱電、核電的氣化單元;天然氣、石油的開(kāi)采、輸送;低沸點(diǎn)液體的輸送......,對它的研究已引起了國內外廣泛的關(guān)注,由于兩相流的復雜性、隨機性,要認識這些現象進(jìn)行預測,首先要解決檢測問(wèn)題,流量是最基本的參數,首當其沖,迫切有待解決。
  在我國的能源結構中,富氣少油,天然氣資源較為豐富(如新疆、內蒙、四川、近海),開(kāi)采中多采用陳舊的工藝,即先用笨重的分離器,將氣、液分離后,再分別進(jìn)行氣、液流量計量。分離器不僅昂貴,而且耗費大量耗能的鋼材、體積也十分龐大,如海上開(kāi)采平臺,作業(yè)區狹窄,難以選用,迫切需要開(kāi)發(fā)、推出二相流量計。

  一、兩相流的特征及主要參數
  相的定義為在某一系統中,具有相同成分;物理、化學(xué)性的均勻物質(zhì)成分;不同的相具有明顯的界面。在自然界的物質(zhì)一般分為固相、氣相與液相三種,本文主要討論同時(shí)存在氣相與液相物質(zhì)的流動(dòng),由于多相中存在各相的界面效應及相對速度,相界面在時(shí)間及空間上都是隨機可變的,所以,其流動(dòng)特性較單相流復雜得多,特征參數也較單相流多一些,簡(jiǎn)要介紹如下:
  ■ 流型:亦稱(chēng)流態(tài),即流動(dòng)的形式或
結構,各相界面之間存在隨機可變的相界面,使兩相流呈現為多種復雜的形式,流型不僅影響兩相流的壓力損失、傳熱效果,也影響。對氣、液兩相流來(lái)說(shuō),管道處于不同的位置(水平、垂直)也影響其流態(tài)形式,較為典型的如圖1所示?! ?/p>

氣液兩相流的各種典型流態(tài)
  圖1 兩相流的各種典型流態(tài)

  ■ 分相含率:表述兩相流中的分相濃度,說(shuō)明分相流體占總量中的比例通常表述為:
 ?、儋|(zhì)量流量含率c,為分相質(zhì)量流量(氣體為qmg、液體為qme)與總質(zhì)流量qm之比,如氣液兩相c=qmg / qm=qmg / qmg+qme
 ?、谌莘e流量含率b,說(shuō)明分相容積流量(氣體為qvg,液體為qve)與總容積流量qv之比,如氣液兩相b=qvg / qv=qvg / qvg+qve
  ■ 截面含率ac,說(shuō)明分相流量在某一截面A上所占的比例,氣相為Ag、液相為Ae,如氣油兩相ac=Vg / V=Vg / Vg+Ve
  ■ 容積含率a,說(shuō)明分相流體在某一管道長(cháng)度段容積V所占的容積,氣相為Vg、液相為Ve,如氣液兩相a=Vg / V=Vg / Vg+Ve
  ■ 混合流密度
 ?、倭鲃?dòng)密度ρo,單位時(shí)間內,流過(guò)某一截面的兩相混合物總質(zhì)量qm與總積qv之比,如氣相密度為ρg,液相密度為ρe,則氣液相流的流動(dòng)密度。
  ρo=ρg b+pe (1-b)
 ?、谡鎸?shí)密度ρm,在管道中取一微元體DV,在某一時(shí)間,二相介質(zhì)的總質(zhì)量DM與總體積DV之比,對氣液兩相流,真實(shí)密度ρm=ρq a + ρe (1-a)
  $$$$$$$BK-198.jpg
  ■ 流速:二相流中各單相在管道中的流速并不一定相等,常有差異,所以除了描述混合體的平均流速Vm外,還應說(shuō)明分相流速在氣、液兩相流中,氣相流速為Vg,液相流速為Ve,它們之間的關(guān)系為VmA=VgAg+VeAe
  在工程中常以分相流量除以管道截面A來(lái)表示分相流速,即:
  Vg=qvg / A,Ve= qve / A
  分相流體的速度差為相對速度,氣液兩相流的相對流速為Vge
  Vge= Vg - Ve
  分相流體速度之比為速度滑移比S,氣液兩相流速滑移比為:S=Vg / Ve
  ■ 兩相流模型:兩相流的流態(tài)極為復雜,建立一些典型的模型是研究各種測量方法的基礎,常用的有以下幾種:
  均相流:氣、液兩相為均勻的混合物,相間不存在相對速度,S=1,如霧狀流
  分相流:兩相為完全分離的兩種流體,相間存在不同流速,S≠1,如分層流
  漂移通量:基本上是分相流,研究的重點(diǎn)是相間的相對運動(dòng),適用于彈性流,環(huán)形流
  流型公式,為便于工程應用,對各種流型建立一些半經(jīng)驗公式


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