槽式孔板的气液两相压降倍率特性

简要介绍了一种新型气液两相流量传感器——槽式孔板的工作原理,在分析两相流体与槽式孔板相互作用机理的基础上,结合实验数据和理论模型详细分析了影响槽式孔板两相压降倍率的各种因素.利用曲面拟合技术给出了能够准确表征槽式孔板两相压降倍率与压力、气体Froude数、Lockhart-Martinelli参数之间的相关式,为凝析天然气计量技术研究奠定了基础.     

槽式孔板的低含液率气液两相流测量特性

槽式孔板是一种新型气液两相流量传感器,目前尚未发现能够应用于槽式孔板的两相流压降相关式,结合空气/水两相流实验数据,比较了五类典型的标准节流元件两相流压降相关式对槽式孔板测量数据的计算结果,分析了这些相关式的适用范围和误差原因。基于不同的建模思想,综合考虑洛—马参数、介质压力、气相流量等参数的作用,建立了三种相对准确的槽式孔板两相流压降相关式,并将其应用于低含液率的凝析天然气计量技术研究,计算结果表明三种相关式均能达到工业计量的精度要求。     

基于段塞流的通用气液两相流模型的建立与验证

气液两相混输流动中,由于段塞流与其他流型均有联系,从段塞流出发建立模型可以使不同流型下的计算模型得到统一。基于段塞流建立气液两相流动量方程和连续性方程,完善模型对气泡和液滴夹带的处理。建立模型的闭合关系式,对关键参数(壁面及气液相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度)的计算闭合关系式进行优选,得到适用于模型的闭合关系式,同时,对液滴和气泡的夹带给出夹带条件及相关参数计算式,最终建立基于段塞流的通用气液两相流模型。使用3组不同来源的实验数据验证了模型计算压降和持液率的准确性,实验数据分别来自中国石油大学(华东)、大庆油田实验基地的气液两相流实验以及国外研究人员的实验研究,包含各个气液流型。模型具有较高的计算精度,优于未经关系式完善和优化的原始模型,大部分压降及持液率参数的计算误差在±15%以内。     

气液两相流在卧式螺旋管内摩阻特性实验研究与计算模型的建立

为了研究气液两相流在卧式螺旋管内的摩阻特性及其影响因素,得到一个适用范围大、准确性更高的摩阻计算公式。采用室内实验的方式,测量出不同压力、流量、干度条件下气液两相流在螺旋管内摩阻压降,幵采用两相摩擦乘子ф2LO来处理实验数据,描述不同条件下的摩阻压降。实验结果表明质量流量对螺旋管内摩阻的影响较小,螺旋管内摩阻随着压力的增大而减小,在干度小于0.35时,螺旋管内摩阻随着干度的增大而增大,当干度大于0.35时,螺旋管内摩阻随干度增大而变化不大。幵且通过量纲分析以及线性回归的方法推导出气液两相流在螺旋管内的摩阻计算公式,幵与实验数据进行对比分析,拟合效果较好。     

文丘里管中气液两相流差压波动信号与空隙率关系

为了研究气液两相流差压波动信号与空隙率之间的关系,建立了差压波动信号均方根与空隙率的关系式.针对油气两相流和气水两相流,在管径分别为40 mm和50 mm管道上进行实验,分析了文丘里管差压波动信号与空隙率、流量、压力以及流体密度等参数的关系,得到了差压波动信号与空隙率的量纲1关系式.此关系式不仅反应了差压波动信号与空隙率的关系,而且提供了一种间接测量空隙率的方法.该方法只需要测量文丘里管前的压力和前后的差压波动信号,计算出该差压信号的时均值、瞬时值就可以计算得到空隙率的值.实验结果表明在空隙率小于85%的范围内,油气两相流和气水两相流空隙率的测量误差分别为10.9%和11.3%.如果与利用空隙率和差压测量气液两相流流量的方法相结合,则仅利用一个文丘里管就可以实现两相流流量测量.     

表面活性剂添加对气液两相流摩阻压降特性的影响

研究了表面活性剂添加对水平管内气液两相流摩阻压降特性的影响.实验中选用了环境友好的纯度为95%的十二烷基硫酸钠(SDS)作为减阻添加剂,浓度为100 mg•kg^-1.结果表明阻力减小率与流型有关,分层流型的阻力减小率可达83.3%、塞状流型和弹状流型的阻力减小率可达83.2%、环状流型的阻力减小率可达31.2%.表面活性剂可以通过改变液体物性和改变流型两个方面来影响气液两相流摩擦压降.     

槽式孔板气液二相流差压信号的时间序列分析

槽式孔板是一种新型的气液二相流流量传感器,为了研究其二相流测量特性,提出了一种新的信号处理方法。首先应用小波变换模极大值滤波方法对差压测量信号去噪,然后对滤波结果进行经验模式分解得到有限个经验模式函数(IMF),进而对IMF建立自回归(AR)模型,研究了AR模型的参数与气液二相流流型以及分相流量之间的关系。这种信号处理方法能够使具有非平稳特性的差压信号满足时间序列分析的建模条件,AR模型的参数可以有效地区分气液二相流流型,并与气液分相流量的变化密切相关,为气液二相流流型识别和流量计量算法的研究奠定了基础。     

海上含液天然气流量计开发

阐述在线多相流量计的开发原理和国内外低含液率气液两相流计量技术研究的主要技术路线.结合海上含液天然气流量计开发工作,全面系统地总结了流量计开发的技术路线和研究成果.详细介绍槽式孔板的单相流与两相流测量特性、基于双槽式孔板组合测量原理与软测量技术的流量计计量算法等内容,指出了需要进一步深入研究的方向.     

气液两相并流下行通过堆叠筛板填料的压降特性

堆叠筛板填料已在核电站放射性气体除气塔中得到成功应用。针对这一新型填料的应用设计,在较广泛的气液流量下,对气液并流下行通过不同规格堆叠筛板填料的阻力特性进行了系统的实验。实验填料共6种规格,孔径参数包括6、10和14 mm,不同孔径填料对应不同的孔间距、板间距,每种孔径填料具有正方形和正三角形两种筛孔分布方式。通过压降数据分析,研究了流动参数和几何参数（孔径、开孔率、布孔方式、板间距）对气液两相并流通过填料的流动行为及压降特性的影响;结合多孔板阻力系数经验公式提出了堆叠筛板填料干板阻力系数的计算模型,模型很好地反映了不同几何参数对干板阻力系数的影响,预测偏差在5%范围以内;基于均相流模型提出了堆叠筛板填料气液两相压降的预测模型,模型预测偏差在10%范围以内。研究工作对堆叠筛板填料塔的应用设计及进一步的传质动力学研究有一定参考价值。     

自然循环窄矩形通道内过冷沸腾两相摩擦阻力特性

采用去离子水作为实验工质,在低压低流速自然循环工况下开展了单面加热可视化窄矩形通道内的过冷沸腾摩擦阻力特性实验研究。实验中测量了实验段内的压降数据,并通过高速摄影仪拍摄了窄矩形通道内的气液两相图像,提出了过冷沸腾条件下的两相摩擦压降的剥离计算方法。基于本实验中获得摩擦压降数据,对分别基于均相流模型和分液相模型的经典两相摩擦压降计算关系式进行了评估,实验结果表明：采用不同等效黏度计算方法的均相流模型计算结果比实验值明显偏小;而分相流模型中,Sun and Mishiba关系式和Tran关系式均能够较好地预测摩擦阻力,计算值与实验值的平均相对偏差在±15%以内。结合实验数据,以分相流模型方法为基础,考虑全液相Reynolds数、Martinelli参数和Laplace数的影响,获得了计算分液相折算系数的经验关系式,与实验数据符合较好, 平均相对误差在10%范围内。     

垂直管中气,液两相上升流动摩擦压降测定的改进

本文研究了气、液两相垂直上升流动的摩擦压降，改进了两相液中流体的压差与持液量的测定技术，实验在内径为１９ｍｍ、高度为１５００ｍｍ的垂直玻璃管中完成，实验介质采用空气与水，两相流摩擦压了值通过测定压差与持液量实验数据计算得到，流型通过观察决定。     

非线性振动下水平通道气液两相流动

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对非线性振动工况下水平通道内气液两相流进行实验研究。重点考察了不同振动参数对流型转换界限及摩擦压降的影响。流型图表明,非线性振动工况和稳态工况下的气液两相流动形式不同,提高振动的频率和幅度会导致流型转换界限发生改变。由实验得到的气液界面分布结果表明,振动频率对相界面波动程度有显著影响,而振动幅度则主要影响截面含气率。最后对比了非线性振动工况下的摩擦压降和经验公式的计算结果,发现两者在数值和分布上均无明显差异,说明稳态下两相流摩擦压降计算公式同样适用于非线性振动工况。     

A Model for Pressure Drop of Gas-Liquid Bubbly Flow through an Orifice or an Abrupt Pipe Contraction

A new physical model is developed to predict the pressure drop of a steady-state gas-liquid bubbly flow through an orifice or an abrupt pipe contraction. The formulation of the model involves balance equations deduced from the macroscopic mass, momentum, entropy and energy conservation laws as well as a balance of forces exerted on the dispersed bubbles phase. The thermal equilibrium between phases is assumed but the gas-liquid slip motion is taken into account. The gas-liquid interaction and the wall shear stress are evaluated from theoretical considerations. The predictions of pressure drop from the model are found to be in good agreement with several experimental data of the literature obtained for bubbly air-water flows through orifices. In agreement with the experimental observations, the theoretical predictions show that the two-phase pressure drop multiplier is not strongly influenced by the pipe diameter and increases slightly with the cross-sectional area ratio of the orifice. An essential feature of the present model is the absence of adjustable constants.     

气液两相并流向下通过筛板孔口单元的压降特性

针对堆叠筛板填料的基本单元,采用12种不同规格的孔板,研究了气液两相并流向下通过孔口的压降特性,阐明了气液流量、孔板结构对压降的影响规律。结果表明：压降随气液流量的增加而增大;随孔径的增大而减小;在筛板常用厚度范围内,孔口锐缘效应使得压降随板厚减小而增大。根据孔口压降行为不同,以气相雷诺数Re_G=5000分界,建立了单一气相向下通过孔口的压降预测关联式;然后利用气相折算因子对关联式进行修正,得到了Re_G>5000时气液并流向下通过孔口的压降预测关联式;当Re_G<5000时,通过直接对单一气相阻力系数进行修正,得到了相应气相雷诺数范围内的气液两相压降预测关联式。     

起伏振动倾斜上升管气液两相流摩擦阻力分析与计算

起伏振动下气液两相流摩擦压降的准确计算对海洋核动力的发展有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下30°倾斜上升管气液两相流摩擦压降的变化规律。结果表明,起伏振动下摩擦压降波动幅度和平均值显著增大。与静止状态相比,起伏振动下摩擦压降的多尺度熵值除泡状流外明显增大,且呈现大幅振荡现象,流动不稳定性更加显著。静止状态摩擦压降模型计算结果与实验值误差较大,现有模型对于起伏振动状态不适用。分析流动和振动参数对摩擦阻力系数的影响,发现其与均相雷诺数成反比,与振动幅值以及频率成正比。以大量实验数据为基础,建立了适用于起伏振动状态的摩擦阻力系数计算关系式,计算与实验结果吻合较好。     

矩形截面微通道内气-液两相流压力降的实验测定及关联(英文)

The pressure drop of gas-liquid two-phase flow in microchannel is of fundamental importance in heat and mass transfer processes. In this work,the pressure drop of gas-liquid two-phase flow in horizontal rectangular cross-section microchannels was measured by a pressure differential transducer system. Water,ethanol and n-propanol were used as liquid phase to study the effects of capillary number on pressure drop;air was used as the gas phase. Four microchannels with various dimensions of 100 μm× 200 μm,100 μm× 400 μm,100 μm× 800 μm and 100 μm× 2000 μm(depth × width) were used for determining the influence of configuration on the pressure drop. Experimental results showed that in micro-scale,the capillary number also affected the pressure drop remarkably,and in spite of only one-fold difference in aspect ratio,the variation of pressure drop reached up to near three times under the same experimental conditions. Taking the effects of aspect ratio and surface tension into account,a modi-fied correlation for Chisholm parameter C in the Chisholm model was proposed for predicting the frictional multi-plier,and the predicted values by the proposed correlation showed a satisfactory agreement with experimental data.     

φ50 mm折流板脉冲萃取柱吹气法测量存留分数

在柱径为50 mm的折流板脉冲萃取柱中,首先利用吹气法研究了硝酸水溶液和30％TRPO-煤油水溶液体系的单相流时均摩擦压降Δp_f特性.实验结果表明当A′ω≠0,且u_c＝0时,Δp_f可以忽略;而当Aω＝0时,Δp_f与u_c满足Noh模型的线性关系.在Noh模型的基础上,给出了计算Aω≠0时单相流时均摩擦压降的模型,实验结果与模型预测相一致.在单相流摩擦压降的基础上,又研究了连续相分别为硝酸溶液和30％TRPO-煤油溶液体系的两相流时均摩擦压降Δp_f特征.实验结果表明：两相流时均摩擦压降Δp_f可用于计算分散相存留分数,其近似由连续相所对应的Noh单相流模型求得,并可用于折流板脉冲萃取柱分散相存留分数的确定.     

基于双槽式孔板组合和神经网络技术的凝析天然气流量计开发

A slotted orifice has many superiorities over a standard orifice. For single-phase flow measurement, its flow coefficient is insensitive to the upstream velocity profile. For two phase flow measurement, various characteristics of its differential pressure （DP） are stable and closely correlated with the mass flow rate of gas and liquid. The complex relationships between the signal features and the two-phase flow rate are established through the use of a back propagation （BP） neural network. Experiments were carried out in the horizontal tubes with 50ram inner diameter, ooerated with water flow rate in the range of 0.2m^3·h^-1 to 4m3·h^-1, gas flow rate in the range of 100m^3·h^-1 to 1000m^3·h^-1, and pressure at 400kPa and 850kPa respectively, where the temperature is ambient temperature. This article includes the principle of wet gas meter development, the experimental matrix, the signal processing techniques and the achieved results. On the basis of the results it is suggested that the slotted orifice couple with a trained neural network may provide a simple but efficient solution to the wet gas meter development.