离散液相对涡街流量计测量误差影响的实验研究

　　1　引　言

　　雾状流是化工行业中常见的一种流型,表现为气相占绝大部分为连续相,液相占小部分为离散相。目前用到雾状流测量的流量仪表有孔板、文丘里管、内锥、涡街以及涡轮流量计,其中孔板和文丘里管流量计应用最为广泛,对于其它几种流量计在雾状流中应用的报道还较少。

　　对于涡街流量计在雾状流中的测量,一些研究者已经做过研究。Nederveen等人分别在油田现场和实验室的雾状流条件下对涡街流量计进行了实验,实验结果表明液相含量的增加会明显地增加涡街流量计的测量误差[1];Washington在油田现场的高压条件下对涡街流量计在雾状流中的工作情况进行了研究[2];Hussein和Owen以水蒸汽作为实验介质对涡街流量计进行了实验研究,其中蒸汽为气相,水为液相[3]。

　　从现有的文献来看,研究涡街流量计测量雾状流的文献不多,并且多集中在研究不同工况条件下涡街流量计测量误差上。本文在多相流装置上常压雾状流条件下进行了实验,并从不同角度对实验结果进行处理,分析了涡街流量计的测量误差。分析表明,在孔板和文丘里管流量计测量雾状流时使用的均相流模型在涡街流量计测量中并不适用。通过数值仿真方法研究了雾状流条件下旋涡发生体上涡量场的变化,对测量误差以及均相流不适用的原因进行了探讨。

　　2　实验装置及方法

　　2.1　实验装置(图1)

　　空气压缩机将空气压缩后送入储气罐,流量计1计量气液混合前储气罐送入管道的气体流量。蓄水罐距离地面30m,提供实验所需的液相,其流量由流量计2测得。气相和液相经混和器混和后送入实验管段,最后流入分离罐将水和空气进行分离,空气由放气阀排出,水由水泵送回蓄水罐循环使用。

　　工控机对所有仪表数据进行采集和显示并对两个电动调节阀进行控制,调节气相和液相的流量。实验所用的涡街流量计选择了一台应用最多的压电式涡街流量计,其口径为50mm,在普通气体流量实验装置上测试,其精度为1. 5%。将涡街流量计放置在水平直管段上,其上下游直管段长度分别为30D和20D。压力变送器和温度变送器分别放在涡街流量计上游1D和下游10D的位置。水在涡街流量计上游70D的地方注入,混和器安装在涡街流量计上游30D的位置。

2.2　实验方法

　　实验的过程中保持气相流量为141m3/h,对应的流速为20 m/s,管道中液相体积含率分别为0.010 6%、0. 021 3%、0. 035 5%、0. 049 6%、0.063 8%、0. 078 0%、0. 092 2%。以5 000Hz的频率对不同液相含率下电荷放大器产生的正弦信号进行采样,每次采样10组数据,每组数据有104个采样点,然后把得到的采样点进行傅立叶变换,得到不同液相含率下涡街产生的频率,不同液相含率时涡街信号的频谱图如图2所示。