V锥流量计湿气流量测量新模型

　　当气相中含有少量液相时，则称该气液混合物为湿气。美国石油学会将 Lockhart–Martinelli(L-M)参数 XLM≤0.3 的气液两相流定义为湿气[1]，其广泛存在于石化、核能、冶金等工业过程中。近年来，湿气流量测量已成为国内外研究的热点问题之一。

　　目前，虽然有很多测量湿气的方法，但是绝大多数湿气流量计都采用了差压测量技术[1-6]。从 1962 年Murdock[7]发表了第一个针对孔板流量计的湿气测量模型开始，经过 Chisholm 等[8-12]的不断发展，出现了很多差压元件的湿气流量测量模型。但是，这些研究大多是针对孔板、文丘里管等标准节流装置进行的，对于 V 锥流量计的研究则相对较少。由于湿气流型多为光滑分层流、分层波浪流和环雾状流，其流型特点表现为液相集中在管壁附近，气相分布在水平管的上半部分与管道中心[13]。与孔板和文丘里管相比，V 锥流量计独特的锥形节流结构可以大大降低对湿气流型的破坏作用，减小差压测量的波动，使得测量更加平稳、准确。因此，V 锥流量计在湿气测量领域具有广阔的应用前景。研究表明[14]，与其他差压式流量计类似，V 锥流量计测量湿气时得到的流量比单独测量气相时偏高，即产生了虚高现象。已有的湿气测量模型均建立在经虚高修正的经验或半经验关联式上。Stewart等[15]对节流比为0.55和0.75的V锥流量计进行了湿气测量研究，拟合出了虚高修正关联式，结果表明，在相同的湿气条件下，V 锥流量计的测量精度要优于文丘里流量计;胡俊等[16]采用 V 锥流量计，基于流型修正的林宗虎关系式实现了气水两相流测量，验证了采用 V 锥流量计测量气液两相流的可行性。此外，徐英等[17]采用 V 锥与文丘里管串联的方法测量湿气流量，经过室内实验和现场实验的验证，均获得了较高的测量精度;Zhang 等[18]将两个节流比不同的 V 锥串联起来进行气液两相流流量的测量也取得了较好的测量效果。但是，已有的 V 锥湿气测量模型除了对虚高进行修正外，还需获得流量计的流出系数 Cd和气体可膨胀系数 ε，一般 Cd和 ε 由单相介质进行标定得到，而目前 V 锥仍然为非标准节流元件，其 Cd和 ε 没有统一的标准可供参考，不同研究者也会得出相异的 Cd和 ε 的表达式。同时，在单相介质和气液混合介质中，V 锥的 Cd和 ε 的也不相同，这都为测量工作带来了困难。

　　本文采用 V 锥流量计，提出了差压流量计的两相流量系数 K，即两相混合物的总质量流量与表观质量流量的比值，实验研究了液相含率、压力和气相流量对 K 的影响，并以 K 为基础，导出了湿气流量的测量模型。