长腰内锥流量计的特性研究

　　0 引言

　　多相流广泛存在于自然界和人类生产过程中，如动力、核能、化工、石油、管道输送、宇航、医药、食品等现代工程领域与设备，随着生产过程计量、节能和控制要求的提高，对多相流测量的精度和范围要求越来越高，如不能实现对其流动过程参数的准确测量就无法保证有关设备的可靠设计和安全运行。目前采用的测量方法除传统的文丘里、孔板、涡轮等外，还包括新兴技术中的激光、微波、射线、超声波以及层析成像等，其中节流法是研究较的一种测量方法。基于节流装置的多相流测量方法主要分为差压测量结合计算模型实现流量与相含率双参数的测量方法，以及引入相含率测量传感器同时测量相流量及相含率方法，以上两方面研究国内外均已取得一定进展，其内锥式流量计的发展最为迅速同。内锥流量计能在更短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体实现更准确、有效的测量，但锥体尾部存在漩涡区，压损并不能降到最低;如在分离区内取低压的方式，测量信号存在脉动，使测量精度和重复性降低[6-9J。近年来国内外学者针对内锥流量计的特性进行优化，较成功的有:内文丘里管、纺锤体流量计、梭式流量计等。这些流量计都属于环形通道流量计，具有整流作用，通道内压力非常稳定，且压力沿轴线呈线性下降，可提高测量的重复性和精确度，并能完全避免流动分离使压损大大降低

　　由于环形通道流量计出现较晚，对其测量机理与公式、取压位置等方面仍需理论与实验相结合来深人研究。本文通过理论推导与实验相结合的方法研究一种新型环形通道流量计一长腰内锥流量计网的流出系数、永久压损等特性，为后期开发新型多相流测量仪器提供理论依据与设计基础。

　　1 长腰内锥流量计的结构和测量原理

　　长腰内锥流量计如图i所示，长腰内锥体是将传统v型内锥的喉部向下游等直径拉长形成锥体腰部而得。该锥体由前段圆锥体、锥体腰部及后段圆锥体构成，同轴安装于测量管道内并与管壁之间形成环形通道，因此继承了环形通道流量计的优点，同时固定环一支撑杆式安装方式提高了锥体安装可靠性，保证长腰内锥体与管道的同轴性。当流体流经长腰内锥体时，在锥体前部和腰部产生的压力差△p，与流量Q具有一定的函数关系，因此测得长腰内锥体上游侧的高压点P1与腰部低压点P2的压力差△p便可得到流体流量Q。

　　图1长腰内锥流量计及节流件实物图

　　Fig. 1 Deformation structure of cone meter

　　2长腰内锥流量计基本理论

　　2.1流量方程