基于旋进式长喉颈内文丘里的湿气流量测量方法研究

本项目旨在探索多相流测量范畴中的特例- - 湿气的气液两相在线不分离流量测量问题，为该领域研究提供新的解决方案。研究内容包括利用计算流体动力学CFD方法开展数值模拟正交实验，在双节流三差压检测元件基础上，优化设计出一种一体化复合型多功能的节流式一次流量测量检测元件，即旋进式长喉颈内文丘里流量传感器，使其具有结构紧凑、整流效果好、量程宽、液相分辨强、压损低、差压信息丰富、多级湿气虚值的差异性鲜明等特征；针对优化的传感器深入开展气液两相流分相与均相流动模型机理研究，考察气液密度比、速度滑移比、L-M参数、孔径比、气相弗劳德数等对流量传感器上/中/下游三级位置湿气虚值特性的影响，建立高精度的湿气测量模型；将颗粒动力学理论与现代智能信息处理技术相结合，分析与解释湿气中液相颗粒的形成及演化机理，进一步修正湿气模型，提高模型适应性。完成实验室研究，为工业应用转化奠定基础。

本项目旨在探索多相流测量范畴中的特例- - 湿气的气液两相在线不分离流量测量问题，为该领域研究提供更加有效的新的解决方案。主要研究内容：（1）利用计算流体动力学CFD 方法开展数值模拟正交实验，优化设计旋进式长喉颈内文丘里流量传感器；（2）开展基于长喉颈内文丘里与长喉颈文丘里传感器的湿气测量机理、测量特性与测量模型研究；（3）利用CFD方法开展了长喉颈文丘里的湿气虚高特性研究与模型预测；（4）开展实验室与工业现场实验研究与性能测试等四项主要研究工作。取得的重要结果包括：（1）获得旋进式长喉颈内文丘里的前锥角/后锥角/槽道长度/旋进叶片的形状/数目/旋转角度/叶片高度等几何参数的最优匹配，经部分实流实验验证，流出系数线性度误差小于0.4%，相对压力损失误差小于1.2%；（2）长喉颈内文丘里的实验研究和理论分析表明，气相对液相加速的摩阻压降是影响虚高的重要因素，在相同工况条件下，节流装置流通区域的水力直径越小，液相分布越均匀，气液两相混合越充分，虚高值越大，该研究结果的意义在于为基于边壁绕流节流式湿气流量传感器的结构优化设计奠定了基础；（3）长喉颈文丘里湿气测量机理的研究结果是从加速压降和摩阻压降对文丘里管虚高产生的影响的角度，推导出收缩段摩阻压降公式；以Chrisholm模型为基础上，提出基于H修正因子的非标准文丘里管的虚高修正模型，该模型综合考虑了Froude数、文丘里管节流比和喉部长度参数对虚高的影响，实验结果表明，基于H修正因子的虚高模型对非标准结构文丘里管的虚高特性均有较好的预测能力，虚高修正流量预测误差优于±4%，不确定度优于±2.5%，该模型对著名的De leeuw模型的虚高规律预测偏差在±4%以内，显示出该模型良好的外推预测能力。（4）长喉颈文丘里湿气仿真研究结果是获得了基于DPM模型和欧拉模型的两套气相虚高预测模型和两套液相预测模型，经实流实验验证，气相流量预测不确定度分别为5.68%和4.9%，液相不确定度均优于6%。(5)建立了基于双差压技术的长喉颈文丘里高可靠性湿气实验样机一套，在天津大学可调压中压湿气实验装置上完成了实验室研究,建立基于K值的湿气测量模型，气相误差优于±5%，重复性优于1%；液相误差优于±10%，重复性优于2%。（6）在中石油西南油气田进行了工业现场实验研究与性能验证，经62小时比对，累计流量偏差,气相优于2%，液相优于10%。