垂直安装文丘里管湿气测量模型研究

　　1　引　　言

　　湿气是一种特殊形态的气液两相流,其气相体积含率超过95%,广泛存在于油气开采、能源、化工等领域[1]。目前国内外对两相流检测技术的研究主要分为两个方向:一是采用传统的单相流流量计进行测量,通过结合经验或半经验的修正模型来提高两相流的测量精度,常用的单相流流量计有孔板[2]、文丘里管[3]、涡街流量计[4]等;二是采用近代测量新技术,如射线、激光、超声、过程层析成像等[5]。由于传统的节流式流量仪表已发展很成熟,工作可靠性好,因此,采用孔板、文丘里管等流量计进行测量,再结合气、液两相流的半经验修正模型一直是湿气测量的主要方法。由于文丘里管具有压力损耗低、流量测量范围宽等特点,并且作为单相流流量计已成功应用于许多工业领域,其在气、液两相流的测量方面也逐渐得到越来越广泛的应用。

　　湿气流量测量的目的在于测量出湿气流中的气相流量和液相流量,可通过求总质量流量和干度这两个参数得到,这就需要建立二者之间的关系式。早在二十世纪六七十年代,国内外学者就在湿气模型的建立方面进行了大量的研究。1962到1977年间, Murdock[6]、Ch-isholm[7]、Smith-Leang[8]、LIN ZH[2]等在各自的实验条件下提出相应的气、液两相流半经验模型,但他们的实验都采用孔板作为节流装置。随着文丘里管在气、液两相流测量中的普遍应用,建立针对文丘里管的湿气模型成为迫切需求。1997年,De Leeuw[9]首次建立了文丘里管湿气测量模型,提出液相的存在导致的测量误差不仅与压力和LM参数有关,还会受到气相弗劳德数Frg的影响。

　　2002年, Steven[3]在英国国家工程实验室(national engi-neering laboratory, NEL)对当时七种已有的湿气测量模型进行研究,并提出一个新的文丘里湿气测量模型。对两相流的流型进行准确描述是当前湿气模型研究的瓶颈问题。通过对湿气测量信号进行深入分析,许多学者发现差压信号的波动特征中蕴含有大量关于两相流参数的有用信息,可考虑从统计分析的角度对湿气信号进行研究。徐立军等[10-11]对垂直上升管道气、液两相流动态差压信号进行了分析,并建立了差压信号的均方根相对误差与气、液两相流质量流量、干度之间的函数关系。周云龙等[12-13]对气、液两相流的差压波动信号进行了概率密度分析和功率谱分析,该特征可作为流型识别的一项依据。张宏建等[14]研究了文丘里管差压波动信号的均方根与空隙率之间的关系。白博峰等[15]采用统计学原理和确定性混沌学中的分形理论对垂直上升空气/水两相流的壁面静压力波动过程进行了研究。

　　本文从林宗虎模型出发,将其模型转化为一种关于干度的简单表达式,建立了一种便于应用的文丘里管湿气测量静态模型。并且对于[11]中研究的差压信号波动特性进行了更加深入的分析,建立了一种最小二乘意义下的改进的差压波动模型,为文丘里管湿气测量的研究提供了重要的理论基础。