不同节流装置测量气液两相流的动态特性研究

作者:陈飞;孙斌;王二朋;白宏震 刊名:实验流体力学 上传者:肖伟胜

【摘要】为了研究文丘里管、多孔孔板和V型内锥3种功能节流式流量计测量得到的气液两相流动态特性,采用高频差压传感器获取不同流型下的动态差压信号,利用AOK时频谱对差压信号进行分析,通过时频谱图研究不同流型下信号的时变特征。通过对典型的泡状流、弹状流、塞状流信号的实验分析表明:文丘里管在塞泡流存在较强的噪声信号,V型内锥在泡状流存在较强的噪声信号。多孔孔板具有很好的降噪效果,且多孔孔板能均衡信号的能量,信号能量分布较均衡。3种节流仪表均能很好地描述两相流定态特性,能够用于两相流流型识别及其它参数测量。

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0引言气液两相流广泛存在于电力、能源、化工、冶金等领域,研究工作得到了迅速发展。近年来应用比较多的是对差压波动信号(以下简称差压信号)进行气液两相流的分析研究,差压信号是差压变送器测得流体流过节流装置产生的差压波动序列,它包含两相流中流动的丰富信息。研究差压波动与两相流之间的关系,不仅可以了解其流动机理和内部结构,而且对于气液两相流的参数测量具有重要意义[1-2]。在气液两相流研究过程中,通常利用节流装置产生差压信号,用高频差压变送器获取动态差压信号。目前应用最多的包括孔板、喷嘴、文丘里管。研究表明,动态差压值的大小和分布特点不仅与流量密切相关,还与其他流动因素有关[3]。例如当节流装置安装形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时,在同样大小的流量下产生的压差不同。对于气液两相流来说,节流装置产生的差压波动主要与气液两相的分相流量、流速、以及流型等参数有关。其中,流型作为气液两相流的基本参数,对差压波动产生直接的影响。因此,针对不同流型条件下的动态差压波动进行研究,采用多孔孔板、V型内锥和文丘里管这3种不同的节流装置获取差压信号进行研究分析。由于气液两相流的动态差压信号具有非平稳和非线性的特点[4],采用时频谱分析等非线性信号处理技术能很好地反映气液两相流动态特性。目前主要利用小波变换[5-7]、WVD[8]、HHT[9-10]等时频分析方法对气液两相流波动信号进行处理,并利用相应的特征值提取和模糊识别实现流型识别。利用AOK方法针对3种不同的节流装置,分别分析气液两相流在泡状流、弹状流、塞状流3种不同流型下的时频谱图,探讨不同流型的气液两相流流经3种节流装置时产生的动态差压信号的波动特性。13种不同的节流装置文丘里管、多孔孔板和V型内锥这3种节流装置虽然在结构和取压原理上与标准节流装置不同,但都是根据安装在管道中的流量检测元件所产生的差压p来测量流量的差压式仪表,相比孔板这些仪表具有更加优异的性能,如压力损失更小等。这些差压式仪表符合当前节能减排的需求,在水、气等计量领域获得了快速的发展,3种典型节流式差压仪表如图1所示。图13种典型节流装置结构Fig.1Thestructureofthreetypicalthrottledevice文丘里管在电力、石油、化工、轻工业等工业部门已经得到了广泛的应用,它不仅用于单相流测量,将其应用于多相流测量也是人们多年的研究目标[11]。多孔孔板由两圈(或单圈或多圈)系列圆孔组成,小孔沿管道轴心对称分布,使流体通过多孔孔板后流速均匀分布,通过取压装置,可获得稳定的差压信号,根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。当流体穿过圆盘上的孔时,流体将被平衡整流,涡流被最小化。多孔孔板因其多孔结构具有整流的作用,不易产生涡流,信号的稳定性和测量的准确性有很大的提高。其节流原理是平衡节流,可有效平衡高低流量的测量[12]。V型内锥节流装置利用同轴安装在管道中的V型锥体将流体逐渐地节流收缩到管道的内壁上,在圆锥体的前后两端安装有取压口,通过测量V型锥体前后的压差来测量流量。V型内锥流量计具有良好的节流特性,对流动具有调整功能。另外还有一个重要的特点是其输出信号信噪比高,这些特点使得V锥流量计得到更加广泛的应用[13]。2气液两相流实验系统在实验研究过程中,以水平管道气液两相流动为研究内容。实验管径为50mm,实验介质为空气和自来水。根据气液两相流试验系统的要求,搭建的试验系统如图2所示。其中包括水泵、空气压缩机、稳压罐等。系统分为液相和气相两路:气路的动力设备为空气压缩机,气路入口压力为0.40.8MPa,气流量范围为

参考文献

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