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3.7.3气液两相流及其流量测量(续1)

② 科氏力质量流量计。制造商通常声称含有百分之几体积比的游离气体的液体对科氏力质量流量计正常测量影响不大,当被测液体中所含气泡小而均匀的情况下,例如冰淇淋和相似乳化液,可能是对的。然而,实验结果却并不乐观。据有关文献介绍意大利计量院对7种型号科氏力质量流量计含气量影响试验表明:含气泡1%(体积比)时有些型号无明显影响,有些型号误差为1%~2%,而其中某一双管式型号则高达10%~15%;含气泡10%时,误差普遍增加到15%~20%,个别型号高达80%。由此可见,不同测量管结构、不同型号的科氏力流量计受含气量影响差异很大,不能将一种型号的试验数据推广到其他型号。

③超声流量计。多普勒法超声流量计工作原理如第3.3.2节所述,主要用于测量含有适量能给出强反射信号的颗粒或气泡的液体。此类仪表测量的仅仅是体积流量或测量管内的平均流速,如果要测量质量流量,还得增设流体密度计。

由于此类仪表检测的不连续点(即气泡)的流速,由于流通截面中各点流速的不一致性,使得测量结果相对于管道内的平均流速之间存在不确定性,从而导致其测量性能较差。其不确定度一般只能达到±(1%~10%)FS,重复性为(0.2%~1%)FS。

多普勒超声流量计适用的气泡含量上限虽比传播时间法大得多,但也是有限的,尤其是管径较大时,气泡含量过高,超声信号衰减严重,以致不能测量。因此选用应谨慎,事先应向制造商咨询。

④相关流量计。应用相关法可以测量管道内流体的流速或体积流量,若要测量两相流体的质量流量,则还需增设密度计。

相关流量计工作原理如图3.89所示。设在测量管段取两个控制截面A即B,两者相隔一小段距离L,在管内两相流中,各相不可能混合得十分均匀,各相含量的分布在流动过程中是变化的。由于所取的两控制截面之间距离很短,可以认为在该距离内流动时,两相流中各相含量的分布是不变的,如在管道截面A处布置一台探测器测定两相中一相的含量随时间的变化曲线X(t),再在截面B处布置另一台探测器测定同一相的含量随时间的变化曲线Y(t),并将X(t)和Y(t)示于图3.90中,则由图可见,曲线X(t)最高值恶化曲线Y(t)最高值之间距离 t应代表流体由A截面流到B截面所需的时间[在图3.90中,横坐标为时间,纵坐标X(t)和Y(t)为被测一相的含量值]。测得流体流过距离为L这一管段长的时间 t后,即可按下式计算两相流体的体积流量qv

qv=                                                            (3.114)

式中  A——管道横截面积;

      K——考虑速度偏差的系数。

图3.89相关法流量测量原理                                图3.90应用相关法测量流量的关系曲线

这一测量方法是利用两截面上测得的某相含量信号之间的相互关系而测定两相流速的,故称相关法。

应用相关法测量两相流量的优点是适应面广,既适用于气液两相流体,也适用于各种脏污流体、浆液、液固两相流,但价格昂贵,影响其推广应用。因此,现在仍处于实验阶段。

⑤应用变液位法测量气液两相流流量。前面所述的四种方法用来测量气液两相流流量都不够完善,因为它们能够实现的测量同第3.7.2节所提出的测量要求还有很大差距。当然,有的测量对象如果只需知道气液混合物体积流量或质量流量,这些方法就可能投入实际应用。但若需进一步知道各相质量流量或气相流量质量含量,那就需另想办法。其中将气液两相先进分离,然后,用测量单相流量的方法分别测量气液两相的质量流量(如果必要)。

图3.91所示为储液器固定的变液位流量计结构示意。常用来测量含汽油中的石油流量。由图可见,石油和气体的混合物由管1切向进入分离室2,使气液分离。气体经分离室后流入储液器4,再经槽缝7流入容器下部6后,和气体一起经管5流出。储液器中装有稳定液位用的隔板3,储液器4中的液位可采用差压计测出储液器中液柱静压的方法来确定。根据读出的差压可确定液位高度h,再根据各相应计算式(一种形状的槽缝对应一种计算式)算出液体体积流量qv。详情请参阅文献[41]

图3.91储液器固定的变液位流量计结构示意

其实,将仅适用单相流的流量计与气液分离器配合用来测量气液两相流中的部分参数应用的最多的是饱和蒸汽流量测量。饱和水蒸气经长距离输送,因热量损失而部分蒸汽变成冷凝水,管道中流体变成气液两相流,影响某些原理的流量计的正常工作。常用的做法是在流量计前装设一气液分离器,然后将液体经疏水器排放掉。经气液分离后的蒸汽可近似看作为单相流,从而用一般流量计进行测量。

 

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