高聚物黏性溶液对浮子流量计测量影响的实验研究

　　1　引　　言

　　在石油的开发和加工过程中,经常会用浮子流量计来测量黏性流体的流量。由于黏性流体产生的黏性摩擦力会改变浮子流量计内部浮子所受合力的大小,从而影响测量的准确性。为了解决这个问题,许多专家做了大量的研究,但研究的黏性介质通常是低黏流体,而针对高黏性溶液对浮子流量计流量影响的实验研究却鲜见于文献中;同时在实际工程中所测量的高黏滞性流体多是高分子聚合物黏性溶液。鉴于上述原因,本文研究了宽黏度范围高分子聚合物黏性溶液对于浮子流量计测量的影响。

　　2　研究背景

　　2.1　浮子流量计的工作原理

　　浮子流量计基本工作原理如图1所示,在垂直的锥形管中放置一阻力件,也就是浮子。当流体自下而上流过锥管时,由于浮子的阻塞作用使其上下表面产生了压差,从而对浮子形成一个向上的作用力,如果所测流体是黏性流体,还应该考虑浮子表面的黏性摩擦力。当升力大于浮子本身的重力时,浮子向上运动,浮子与锥形管之间的环通面积增大,流速减低,此时浮子对流体阻力作用减小。当浮子受到的合力达到平衡时,浮子就会停留在某一高度。

　　经典的浮子流量计流量公式为

　　Qv为浮子流量计的体积流量,m ³/s;α为流量系数;D0为浮子最大迎流面的直径,m;h为浮子在锥管中流向位置,m;φ为锥形管夹角, (°);Vf为浮子体积,m ³;ρf为浮子的材料密度, kg/m ³;ρ为流体密度, kg/m ³;Af为浮子垂直于流向的最大截面积,m ²。

　　浮子流量计有很多优点:工作可靠、易于安装和维护,对于直读式仪表无须电源与转换电路,擅于测量微小流量,适用于高温高压条件,能测量腐蚀性气体和液体。此外,浮子流量计有黏度补偿的特点,即合理设计浮子形状可以减小测量过程中介质黏度对浮子流量计测量的影响,从而保证在某一黏度范围内,浮子流量计测量误差能够满足使用要求。所以,本文在研究高分子聚合物黏性溶液对浮子流量计影响规律的基础上,总结了减小流体黏性对浮子流量计测量影响的浮子结构,并分析了该类特征结构能够减小流体黏性对其测量影响的原理。

　　2.2　高分子聚合物溶液黏性特征

　　黏性产生于流体输运特性中的动量输运,牛顿首先根据剪切流动的实验结果推导出在流体内部存在剪切速率γ时,作用在与该速度梯度方向垂直的单位面积上剪切应力τ与γ之间的关系式:

　　τ=ηγ           (2)