双锥流量计的气水两相流流量测量研究

　　0 引言

　　标准孔板或文丘里管是传统差压流量计常用的节流装置，由于自身结构的限制，传统差压流量计存在无法克服的缺点[1]。为克服传统差压流量计的缺点，近年来，新型的节流装置不断涌现，其中较为成功并已投入市场使用的是 V 锥流量计[2]。研究表明，V 锥流量计确实在很多方面克服了传统差压流量计的缺点[3]。因此，在单相流测量领域和多相流测量方面，V 锥流量计倍受关注[4 -6]。本文在 V 锥流量计的基础上，设计了一种结构简单、加工工艺要求低的双锥流量计，并尝试将其用于气液两相流的测量。

　　采用传统的单相流量计结合测量模型对气液两相流参数进行测量，是目前气液两相流测量研究中 的 重 要 方 向 之 一。自 1949  年 Lockhart 和 Martinelli[7]研究差压信号 与 界 面 含 气 率 之 间 的 关 系 以 来，Murdock[8]、Chisholm[9]和 Lin[10]等分别采用标准孔板或文丘里管对气液两相流进行研究，建立了相应的测量模型。目前，虽有各种新技术的不断涌现，但利用常规流量计对气液两相流测量的研究并未停止，如 Huang Zhiyao 等[11 -13]采用文丘里管结合层析成像技术，对气液两相流进行测量，Feng Dong 等[6]采用 V 锥流量计研究气液两相流的测量技术。这些研究成果为进一步完善和推广常规流量计测量两相流的方法提供了很好的借鉴。

　　1 双锥流量计测量原理

　　1. 1 双锥流量计节流装置结构

　　双锥流量计的基本工作原理图如图 1 所示。

　　图 1 双锥流量计工作原理图

　　Fig. 1 The structure of dual-cone flowmeter

　　双锥流量计属于边壁收缩、逐渐扩散式流量计。双锥流量计的节流锥体主要包括锥体和锥体支架结构两部分。双锥流量计的锥体由前后两锥角相等的对称锥体组成。锥体支架结构由三个片状支架和一管环组成，锥体的支架结构通过锥体中间喉部将锥体固定在管道中心与管道同轴，其中管环的内径和管道的内径相同，将锥体安装在管道中就可以构成双锥流量计。

　　图 1 中: P1、P2、P3分别为三个取压口，P1为上游流体收缩前静压取压孔，P2为节流件喉部最小流通面积处静压取压孔，P3为下游流体流束稳定时的静压取压孔; P1与 P2之差为本研究中所取得双锥流量计差压信号; L 为差压取压孔的孔距，D 为管道内径，d 为节流锥体在喉部处直径，α 为对称锥体的锥角。

　　本次试验研究所用的双锥流量计 D =50 mm，喉部直径 d = 30 mm，即等效内径比 β = ( D- d2) /D2=0. 8，两 对 称 锥 体 的 锥 角 α = 45°，差 压 取 压 孔 的孔距 L =60 mm。

　　1. 2 双锥流量计单相流测量原理