基于流动密度的长喉颈文丘里管湿气流量测量方法

摘要

本发明涉及一种基于流动密度的长喉颈文丘里管湿气流量测量方法：计算气相流量初值；计算气相流速；计算气相Froude数：计算流出系数；计算L-M参数；计算干度初值；计算截面含气率；求虚高；计算出气相单独流过文丘里管时的差压；计算得到两相混合质量流量；计算两相流的流动密度；计算出体积含气率；计算出新的质量含气率和新的截面含气率，判断是否收敛，如果不收敛，将计算出的截面含气率作为初值重新计算；计算虚高；判断是否收敛，如果不收敛，将计算出的虚高作为下一次迭代的初值重新执行1～13步的计算，直至收敛为止；得到湿气的气相和液相流量。本发明可以消除两相介质的速度差对测量结果的影响。

主权项

一种基于流动密度的长喉颈文丘里管湿气流量测量方法，该方法利用长喉颈文丘里差压式流量装置进行湿气流量测量，流量计算方法如下：①设虚高初值OR₀为1，流出系数初值C₀为1，带入公式(1)得到气相流量初值，并令气相流量W_g＝W_g0：$\begin{array}{cc}{W}_{g0}=\frac{C_0{\mathrm{ϵA\beta }}^2}{{\mathrm{OR}}_0\sqrt{1-{\beta }^4}}\sqrt{2{\mathrm{\Delta P}}_g{\rho }_g}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(1\right)$其中：A为管道的截面积，β＝d/D为流量计的节流比，D为管道直径，d为喉部直径，ρ_g为被测气体密度，Δp_g为文丘里的前差压，ε为可膨胀系数，$ϵ=\sqrt{\left(\frac{{\mathrm{\kappa \tau }}^{2/\kappa }}{\kappa -1}\right)\left(\frac{1-{\beta }^4}{1-{\beta }^4{\tau }^{2/\kappa }}\right)\left(\frac{1-{\tau }^{(\kappa -1)/\kappa }}{1-\tau }\right)}$其中：为压力比，即文丘里前端压力P与前差压ΔP₁的差值与前端压力P的比值，ΔP₁为前差压即文丘里上游和喉部取压位置之间的压力差，κ为等熵指数，取κ＝1.4；②根据公式(2)计算出气相流速：$\begin{array}{cc}{U}_{sg}=\frac{W_g}{{\rho }_{g}A}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(2\right)$③根据公式(3)计算出气相Froude数：$\begin{array}{cc}{\mathrm{Fr}}_g=\frac{U_{sg}}{\sqrt{gD}}\sqrt{\frac{{\rho }_g}{{\rho }_l-{\rho }_g}}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(3\right)$其中，ρ_l为被测气液两相流中液相密度；④根据公式(4)计算出流出系数，并令C₀＝C：$\begin{array}{cc}C=0.9659+0.0238Ln\left(\frac{0.01{\mathrm{Fr}}_g}{{\beta }^{2.5}}\frac{d}{L}\right)& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(4\right)$其中，L为长喉颈文丘里管的喉部长度；⑤根据式(5)计算出L‑M参数：$\begin{array}{c}{X}_{LM}={\left(\frac{K_1}{0.9159·{{\mathrm{Fr}}_g}^{0.4194}}\right)}^{1/[0.0626Ln\left({\mathrm{Fr}}_g\right)+0.2484]}\\ /*MERGEFORMAT---\left(5\right)\end{array}$其中：ΔP₂为后差压即文丘里喉部和下游取压位置之间的压力差；⑥根据公式(6)计算干度初值，并令质量含气率x＝x₀：$\begin{array}{c}{x}_0=\frac{1}{1+X_{LM}·\sqrt{\frac{{\rho }_l}{{\rho }_g}}}\\ /*MERGEFORMAT---\left(6\right)\end{array}$⑦根据公式(7)计算截面含气率：$\begin{array}{c}\alpha =(0.833+0.167x){\alpha }_H=\frac{0.833+0.167x}{1+\frac{1-x}{x}\frac{{\rho }_g}{{\rho }_l}}\\ /*MERGEFORMAT---\left(7\right)\end{array}$其中：α_H为均相流条件下的截面含气率；⑧根据公式(8)求出虚高；$\begin{array}{cc}OR=\sqrt{\frac{{X_{LM}}^2}{1-\alpha }+\frac{1}{\alpha }}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(8\right)$⑨由公式(9)计算出气相单独流过文丘里管时的差压；$\begin{array}{cc}{\mathrm{\Delta P}}_g=\frac{{\mathrm{\Delta P}}_1}{{\mathrm{OR}}^2}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(9\right)$⑩根据式(10)计算得到两相混合质量流量：$\begin{array}{c}{W}_m=\frac{W_g}{x}=\frac{{\mathrm{CϵA\beta }}^2}{x\sqrt{1-{\beta }^4}}\sqrt{2{\mathrm{\Delta P}}_g{\rho }_g}=\frac{{\mathrm{CϵA\beta }}^2}{\sqrt{1-{\beta }^4}}\sqrt{2{\mathrm{\Delta P}}_1{\rho }_m}\\ /*MERGEFORMAT---\left(10\right)\end{array}$根据公式(11)计算出两相流的流动密度；$\begin{array}{cc}{\rho }_m=\frac{W_m\sqrt{1-{\beta }^4}}{{\mathrm{CϵA\beta }}^2\sqrt{2{\mathrm{\Delta P}}_1}}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(11\right)$根据公式(12)计算出体积含气率；$\begin{array}{cc}\beta =\frac{{\rho }_l-{\rho }_m}{{\rho }_l-{\rho }_g}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(12\right)$根据公式(13)计算出新的质量含气率x，之后根据公式(7)计算出新的截面含气率α，并将新计算出的截面含气率与第7步计算的截面含气率比较，两者的相对误差小于0.1％时，则认为结果已收敛，否则，将计算出的截面含气率作为初值重新执行8～13步的计算，直至收敛为止，将该值带入下一步计算；$\begin{array}{cc}x=\frac{\beta }{{\mathrm{\beta \rho }}_g+(1-\beta ){\rho }_l}& /*MERGEFORMAT\end{array}---\left(13\right)$根据公式(8)计算出虚高；将计算出的虚高与上一次虚高迭代值比较，两者的相对误差小于0.1％时，则认为结果已收敛，不再计算；若大于0.1％，将计算出的虚高作为下一次迭代的初值重新执行1～13步的计算，直至收敛为止；得到湿气的气相和液相流量。