王栋[1]2000年在《分流分相式气液两相流体流量计》文中研究表明气液两相流是石油、化工、动力等工业领域常见的流动工况,但气液两相流体的流量测量方法却一直是国际上没有很好解决的一个难题。近年来随着现代工程规模的迅速发展,该问题显得更加突出,世界各国都在投入巨资进行开发研究。本学位论文在国家自然科学基金会重大项目(59995460)的资助下,研究探索测量气液两相流体流量的新方法,作者在本论文中发明的测量方法已获得发明专利。论文首先综述了气液两相流体流量测量方法的现状,根据测量过程中是否对来流进行分离,可以将现有的技术分为分离法和非分离法。传统的分离法采用分离设备将气液混合物分离后再进行测量,具有测量精度较高、测量结果可靠、测量过程不受流型变化的影响等优点。但缺点是分离设备体积庞大价格昂贵,并需建立专门的计量站和测试管线。近年来出现的“粗分离法(partial flow separation)”通过把来流粗分离为以气相为主和液相为主的两股两相流后再进行测量,虽然在一定程度上能够缩小分离器的体积,并降低两相流流量测量难度,但因未能将气液混合物完全分离,故实际上对提高测量精度的作用是很有限的,况且由于测量仪表的数量增加了一倍,反而有可能使测量精度降低,仪表成本增加。非分离法的主要缺点是,测量仪表和传感器都在两相流中工作,易受两相流的强烈波动性和流型变化等因素的影响,在可靠性、稳定性和测量精度等方面远低于在单相流中的情况,甚至根本就无法正常工作。目前除核磁共振和放射性示踪等技术外,其他的非分离法技术在测量原理上仍缺乏较坚实的理论基础。迄今还没有一种两相流量计能够达到公认的商用标准:测量误差小于5%,测量结果不受流型影响,并能长期在各种工程环境下工作。核磁共振和放射性示踪等技术虽很有希望,但由于这类测量设备过于昂贵(几十万到上百万美元),因而很难在工程中广泛应用。本文提出的测量方法简称分流分相法。这种测量方法在测量原理上突破了现有的气液两相流体流量测量模式(即分离法与非分离法),其具体过程为,首先通过一种分配器从被测两相流体中成比例地分流出一部分(5%～20%)气液混合物,接着使用一小型分离器将这股两相流分离成单相气体和液体,然后分别用单相流量计测量出气相和液相流量并根据比例关系将测量值换算成被测两相流体的流量,最后再分别将这部分气体和液体返回被测两相流中。与传统的分离法相比,由于进行了分流,分离器的负荷仅为原来的5%～20%,因而体积可以比原来全部分离时缩小5～20倍,基本上接近于一个普通单相流量计的体积。与其他各种非分离法相比,
王栋, 林宗虎[2]2001年在《一种新的气液两相流体流量计──三通管型分流分相式两相流体流量计》文中研究指明利用三通管的相分离特性，从被测气液两相流体中分流分离出一部分单相气体，通过测量这部分单相气体的流量计算被测气液两相流体的流量或干度。文中给出了这种分流分相式气液两相流体流量计的组成原理，分流系数特性及实验结果。
王栋, 林益, 林宗虎[3]2002年在《取样管型分流分相式气液两相流体流量计》文中研究说明提出了用取样管来组成一种分流分相式气液两相流体流量计，通过取样管从被测两相流中成比例地分流出一部分气液混合物，然后应用一小型分离器将其分离成单相气体和液体；并用单相流量计分别测量它们的流量，最后根据测量值计算被测两相流体的各相总流量．文中给出了这种两相流体流量计的组成原理，分流系数特性及实验结果。研究结果表明，取样管的端口形状对分流系数的特性影响较大，其中Ｓ型端口的效果较理想，能够在较宽的测量范围内保持分流系数的稳定．
张文敬[4]2010年在《旋流型管壁取样分配器优化设计及应用研究》文中进行了进一步梳理随着近现代工业化的飞速发展,气液两相流越来越多的出现在各种领域,如石油、化工、医药、原子能等领域。在两相流系统中流量是最基本的参数之一,因此两相流流量的计量是不可避免也是亟待解决的一个难题。由于两相流动的复杂性,无法应用单相流量仪表进行直接测量。传统的两相流计量方法由于设备体积庞大、价格昂贵、无法在线测量等缺点,极大的制约了油田的开采和管理。分流分相法为解决这一难题提供了希望,它的原理是从主流体中分流出一小部分两相流体,分流出的这部分流体被称为分流体,分流体经过计量分离器分离成单相流体后分别计量,最后根据分流体与主流体的比例关系便可以计算出主流体各相的流量。分流分相法具有设备体积小、测量精度高、能够在线测量等优点。分流分相法测量两相流量的关键在于设计出合适的分配器,本文主要研究旋流型管壁取样分配器的结构,并在自行设计搭建的实验装置上进行了气液两相流流量测量的实验研究。本文应用FLUENT软件模拟和实验相结合的方法对旋流型管壁取样分配器的结构进行了优化设计,模拟部分主要包括旋流叶片的安装角度的模拟、取样孔的位置的选择。确定了叶片的最佳安装角度为30°;设计了8个直径为5mm的圆孔,均匀布置在管周,根据模拟结果得出:取样孔布置在距离整流器下游30mm位置处时,取样效果最佳。本文的实验部分在中国石油大学(华东)油气储运实验室的大型多相流实验环道中进行。实验过程中采用空气和水作为气液相介质。实验中主要研究了气液相分流系数与主管气液相流量的关系、有无旋流装置以及分流回路阻力调节对气液相分流系数的影响、两相流量测量值与真实值的对比。在本实验范围内,液相分流系数稳定在0.079,气相分流系数与主管液相流量基本成线性关系,不随主管气相流量的变化而变化。气液相流量测量的平均误差分别为9.5%和8.4%。
吴梁红[5]2011年在《旋流型管壁取样分配器数值模拟和实验研究》文中研究表明随着近现代工业化的飞速发展,气液两相流越来越多的出现在各种领域,尤其是在石油行业,两相流流量的计量是油气田开发开采中不可避免的问题。传统的两相流计量方法由于设备体积庞大、价格昂贵、无法在线测量等缺点,因此两相流的计量一直是制约油气田开发开采最大的瓶颈。在这种情况下,分流分相法由于具有设备体积小、便于加工、测量精度高、能够在线测量和测量结果不受流型影响等特点而备受国内外关注。分流分相法的计量原理是从主流体中分流出小部分两相流体,分流出的这部分流体被称为分流体,分流体经过计量分离器分离成单相流体后分别计量,最后根据分流体与主流体的比例关系便可以计算出主流体各相的流量。取样分配器是分流分相式两相流量计的关键核心部件,因此本文采用数值模拟和实验相结合的方法对旋流型管壁取样分配器的结构进行了优化设计和实验研究。数值模拟采用FLUENT软件,并对旋流型管壁取样分配器的结构(包括旋流叶片的安装位置,新型圆弧形整流器以及取样孔的形状、大小、个数和开孔位置)进行了优化设计,结果表明叶片的安装位置距离整流器入口100mm~125mm,新型圆弧形整流器曲率半径为25mm,取样孔数目为8,孔径为5mm,并且在圆周上均匀分布,且开孔位置距离整流器出口50mm时,取样孔分流效果最佳,能保证取样的均匀性和稳定性。实验研究部分是在中国石油大学(华东)青岛校区油气储运实验室的大型多相流实验环道上完成的,实验过程中采用空气和水作为气液相介质。实验主要研究了气液相分流系数与主管气液相流量之间的关系,分流回路阻力调节、节流元件阻力大小以及流型对气液相分流系数稳定性的影响关系,最后对两相流量的测量值与理论计算值进行了对比分析,得出旋流型管壁取样分配湿气计量装置的液相分流系数基本上稳定在0.1191,气相分流系数与主管液相流量基本上成线性关系,与主管气相流量无关,气液相流量测量的平均误差分别为2.74%和7.67%。
王栋, 林益, 林宗虎[6]2002年在《转鼓分流分相式气液两相流体流量测量技术研究》文中进行了进一步梳理提出了一种分流分相式气液两相流体流量计 ,其采用转鼓作为分配器 ,从被测的两相流体中成比例地分流出约 2 0 %的气液混合物 ,并应用分离法分别测量出其中的气相和液相流量 ,然后根据比例关系确定被测两相流体的各相总流量 .理论分析和实验结果都证明 ,分流系数等于分流通道数与总通道数的比值 ,而与流型无关 .实验中出现的流型包括分层流、波状分层流和环状流 .在实验范围内 ,流量测量的平均误差小于 5 % .实验结果也表明 ,转鼓运动间隙是影响实际分流系数稳定性的主要因素 ,转鼓的加工精度愈低 ,运动间隙过大 ,则分流系数的稳定性和测量精度就愈低
马宁[7]2009年在《旋流型管壁取样分配器技术研究》文中进行了进一步梳理气液两相流广泛存在于石油、化工、能源等许多工业领域,两相流体的流量测量一直是未能很好解决的一个难题。分流分相法是一种新型气液两相流量测量方法,其特点是从被测两相流体中分流出一部分两相流体,将其分离成单相气体和单相液体,分别用单相流量仪表进行测量,然后根据比例关系推断出被测两相流体的流量。其计量的关键在于分配器是否有一个稳定和确定的分流系数。本文主要研究分流分相法的气液两相流量计量的旋流型管壁取样分配器。该结构目前已取得一定的研究成果,本文在以往研究的基础上,采用数值模拟与实验相结合的方法,对旋流型管壁取样分配器进行了更深入的研究,主要有以下研究内容:1、利用大型CFD软件FLUENT,以水为介质,对分配器主要元件的结构参数、操作参数及分配器的整体结构参数进行了三维数值模拟,得到了它们对流场的影响规律。在成功模拟单相流场的基础上,进一步引进两相流模型,得到了各元件的结构及参数对分配器内两相流场的影响。模拟了不同入口气液量的工况下分配器内的流场变化,确定了分配器内部取样孔的开孔位置。2、制作了电导探针测量液膜厚度的实验装置。利用该装置可实现对液膜厚度的瞬时测量,从而分析旋流器和整流器对流场在时间空间上的整改效果。3、对旋流型分配器取样装置进行改进,取样腔室改为可拆卸结构,增加了实验装置的多样性,采用了涡街流量计,提高了气相计量精度。实验研究气液相分流系数的特点及影响因素:液相分流系数主要取决于取样孔的数目和大小,而气相分流系数则与分流回路和主回路的相对阻力大小有关。在实验范围内,液相分流系数不受主管气液相流量波动的影响,能够在宽广的流动范围内维持恒定,8孔取样分配器液相分流系数稳定值为0.084,液相流量测量平均误差为2.5%,气相流量测量平均误差为3.5%。
刘玉梅[8]2008年在《旋流型管壁取样分配器技术研究》文中研究说明气液两相流广泛存在于石油、化工、能源等许多工业领域。随着工业生产对计量、节能和控制等方面均提出了更高的要求,对两相流参数进行测量的需求也越来越迫切。但由于气液两相流体流动的复杂性,气液两相流在计量和分配方面很久以来一直是一个未能很好解决的问题,而旋流型管壁取样分配技术为解决这一问题提供了新思路。该技术目前已经取得了一定的研究成果,本文在以往研究的基础上,采用数值模拟和实验相结合,对分配器取样孔大小、位置、旋流器和整流器整体结构进行了自主设计,并对部分构件参数进行了优化,开展了对旋流型管壁取样分配器的更深入研究。利用Fluent模拟软件开展了气液两相流管壁小孔流场的二维数值模拟,得出了气液两相流管壁小孔不同孔径下的流场以及孔径不变入口气液流量改变对分配支管气液分流系数的影响,确定了取样孔径大小为5mm。设计整流器和旋流器,布置了3组用于测量环状流液膜厚度的实验装置,采用泄漏测量的方法研究其对流型的整改效果。得出取样孔最佳位置是距离整流器30mm处,确定了旋流器和整流器的正常工作范围:气相折算速度大于30.5m/s,液相折算速度大于0.08m/s。设计旋流型分配器取样装置,该装置由旋流器、整流器、分离器、计量设备等,详细研究了取样孔大小、入口气液流量与该取样装置分流系数的关系以及调节侧支管阻力大小对该旋流分配装置气液分流系数的影响,将气相分流系数计算值与实测值进行对比。在本实验范围内利用分流分相法测得的液相流量最大测量相对误差为20.35%,气相流量的最大测量误差为20.94%。实验当中出现的流型包括分层流、波浪流和段塞流。
王栋, 林宗虎[9]2001年在《气液两相流体流量的分流分相测量法》文中进行了进一步梳理提出了分流分相式两相流体流量测量法 ,并具体给出了 4种最基本的实现方式 ,对每种实现方式都在空气 水实验台上进行了实验研究 .实验中出现的流型包括分层流、波状分层流和环状流 .实验结果表明 ,分流分相法在工程上是可行的 ,该方法能够将两相流体的流量测量转化成单相流体的流量测量 ,可有效地克服流动不稳定性及流型变化对测量过程的影响 ,显著地提高了测量精度 ,扩大了测量范围 ,同时其体积较小便于制成自动化仪表 ,从而可得到广泛的应用 .在实验范围内 ,流量的平均测量误差小于 5% ,最好的结果可以达到 3%
商羽婷[10]2011年在《皮托管式取样器气液两相流的分配特性研究》文中指出气液两相流系统广泛存在于石油、化工、冶金、核能等许多工业领域。在两相流系统中两相流体的分配和计量是难以回避的,也是多相流系统中的未能很好解决的一个难题。本文以皮托管取样器为研究对象,对气液两相流通过取样管的分配现象开展了系统的实验研究和理论分析,并对皮托管式取样器在多相流量的取样式测量中进行探讨。文章实验中构建了皮托管式取样器气液两相流的测量装置,在空气-水平台上开展测量。实验主管路管径为50mm,系统压力为0.24-0.28兆帕,皮托管取样器中嵌入五根支管,管径为8mm。文章首先分析了四种不同类型的皮托管取样器结构对气相和液相分流系数的影响,其次在不同压力下进一步对比测量,之后建立皮托管式取样器在不同流型下的数学模型。并在不同流型工况下对经验公式系数进行标定,最后对误差进行分析。实验结果表明,管-12345结构取样结果与推导出的数学模型吻合良好,因此取样稳定稳定。液相分流系数(KL)主要受支管所在主管截面的位置和压力的影响。气相分流系数(KG)主要受压力影响。
参考文献：
[1]. 分流分相式气液两相流体流量计[D]. 王栋. 西安交通大学. 2000
[2]. 一种新的气液两相流体流量计──三通管型分流分相式两相流体流量计[J]. 王栋, 林宗虎. 工程热物理学报. 2001
[3]. 取样管型分流分相式气液两相流体流量计[J]. 王栋, 林益, 林宗虎. 工程热物理学报. 2002
[4]. 旋流型管壁取样分配器优化设计及应用研究[D]. 张文敬. 中国石油大学. 2010
[5]. 旋流型管壁取样分配器数值模拟和实验研究[D]. 吴梁红. 中国石油大学. 2011
[6]. 转鼓分流分相式气液两相流体流量测量技术研究[J]. 王栋, 林益, 林宗虎. 西安交通大学学报. 2002
[7]. 旋流型管壁取样分配器技术研究[D]. 马宁. 中国石油大学. 2009
[8]. 旋流型管壁取样分配器技术研究[D]. 刘玉梅. 中国石油大学. 2008
[9]. 气液两相流体流量的分流分相测量法[J]. 王栋, 林宗虎. 西安交通大学学报. 2001
[10]. 皮托管式取样器气液两相流的分配特性研究[D]. 商羽婷. 西安石油大学. 2011