两相流流动测试技术方法综述

　　一、引言

　　两相流动是在"20世纪60年代开始迅速发展起来的流体力学的一个分支，它主要研究两相间的相互作用和两相的宏观运动规律。两相流是一个复杂的物理现象，它是两种相状态的宏观混合物。现在还不可能从基本物理原理发，对两相流进行真正的理论处理，很多研究工作仍然是经验性的，很多设计问题或求解于从相似系统中得到的试验数据，或求助于基于有关测量数据的某些关系式和计算类型。因此，两相流的测试技术对试验研究起着重要作用。

　　二、不同测量参数的流动测试技术简介

　　目前，流量的测量主要围绕流体流速、体积流量、相浓度、质量流量等生产过程参数进行。当今，流量检测的方法比较多，概述如下。

　　(1)压差式流量计!在通畅的管道中，流体受到的阻力很小，在流体通过的路径上压力差很小。如果在通道中加上一个装置增大阻力，流体通过这种装置之后压力就会改变，这个装置的两端会出现明显的压力差。这个压力差值和流量有直接关系，当管路几何形状不变时，流量越大，压力差值也就越大。这个装置的两端各放置一个压力传感器，就可以间接测得流量。

　　(2)涡轮流量计 在流体流过的管道中，放一个转轴与流动方向一致的涡轮，尽量减少涡轮旋转时的摩擦力矩。当涡轮的叶片与流体流动方向呈一定的倾角时，涡轮就会受到使其旋转的力而旋转，旋转的角度与流量成正比。检测出涡轮的旋转频率，就知道了流量。

　　(3)电磁流量计 压差流量计和涡轮流量计都不同程度上改变了原来的流动状态，而且不太适合测量微小的流量。对于导电的流体(例如自来水或其他电解质溶液)，可以采用一种巧妙的方法使流量变成电信号。利用电磁感应现象(当导体以一定的速度切割磁力线时，在这个导体的两端会感生出电压)，所测得的电压大小与导体运动的速度成正比，也与磁场强度成正比。当流体在绝缘的管道中流动时，通电线圈在流体通道上产生与运动方向相垂直的磁场，流体就会在横截面上感应出电压。在绝缘管壁上安装两个电极，电极的位置与管道轴线对称，磁场方向与穿过两个电极的轴线垂直，在均匀流动的情况下，这对电极上的电压就与流体的流量成正比。这种方式只适合测量导电的流体，而且要求流体充满整个管道，在管道中流速的分布是均匀的。如果不是这样，将会出现不同程度的误差。假如管道是用铁磁材料构成的，会使磁场发生显著变化，影响测量精度。

　　(4)超声波流量计 电磁流量计向流量的非接触式测量跨出了重要的一步，然而它不适用于非导电性流体，采用超声波作为测量手段，在许多情况下可以获得满意的结果，超声波在流体中传播有一个重要的特性，超声波的传播速度与流体运动方向及流体运动速度有关。当传播方向与流体运动为同一个方向时，超声波传播的速度会增加，反之则减小。在流体通过的管道两侧分别放置两对发射和接收超声波的探头，其中一个探头发出的超声波以相对于管道轴线小于90⁰的倾角沿流体运动方向到达另一个探头的接收器。与此同时，第二个探头发射出的超声波以相对于管道轴线大于900的倾角沿反方向到达第一个探头的接收器，这两束波传播的时间是不同的。第一个探头发出的波的传播方向与流体运动方向一致，到达接受器所需时间极短，第二个探头发出的波由于与流动方向相反，到达接收器所需时间较长。测量这两者的时间差，就可以得出流速，也就可以得出流量。(5)多普勒效应流量计 如果利用超声波或激光追观测混在流体中的气泡或固体介质颗粒，当它们和流体一起运动时，超声波或激光投射在其上，会产生散射。这种散射使得超声波或激光的频率发生改变，它们的频率变化量与流体运动方向和流动速度有关。当波束或激光束与运动方向相同时，散射光或被散射的超声波频率会降低，与流动方向相反时，频率会升高。准确测量二者的频率差，就可以得到流速。