[发明专利]一种利用局部瞬时空泡份额获得整体瞬时空泡份额的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是热工水力领域中的一种气液两相流动中重要参数的获得方法。

背景技术

气液两相流广泛存在于工业设备和动力装置中，而空泡份额是两相流动研究中的重要参数。由于影响空泡份额的因素很多，情况复杂，很难通过理论模型计算得到准确值，所以目前仍然主要依靠实验的方法来获取空泡份额。这些常用的方法包括可视化图像法、探针法、电流法、快关阀法等，其中快关阀法虽然可以采集某一时刻的平均空泡份额，但是由于其方法的限制，不能对瞬时平均空泡份额进行实时采集；探针法和可视化图像法都只能采集局部瞬时空泡份额，但无法获得整体空泡份额。局部平均瞬时空泡份额（以下简称局部空泡份额）与整体平均瞬时空泡份额（以下简称整体空泡份额）是不同的，例如，在弹状流中，当气弹和液弹的长度相近并且与摄像机的拍摄宽度相近时，局部空泡份额的值接近0或1，而整体空泡份额却接近0.5。虽然在稳态工况下，时均的局部空泡份额和整体空泡份额是相等的，但是在脉动工况下，由于局部空泡份额随着流量不断变化，所以不能通过简单的时间平均的方法来获得。电流法虽然能够测量整体空泡份额，但目前只适用于泡状流。因此,需要建立一种能够获取脉动工况下平均瞬时空泡份额的方法。从已公开的专利来看，现有的方法不能有效准确地获取平均瞬时空泡份额，例如公开号为CN1718999A、名称为《一种气液两相流中含气率的检测方法》的专利文件中，利用声谱共振声谱检测技术来检测油田产出剖面测井的含气率，该方法具有易受干扰，小流量的测量误差大等缺点；公开号为CN1967159A、名称为《气液两相泡状流流量与体积含气率测量方法及装置》的专利文件，在置于气液两相泡状流中的涡街流量计旋涡发生体下游一定区间内的测量管管壁上，开设两个对称于旋涡发生体的引压孔，用差压传感器测量这两点之间的差压，再经过信号处理电路分别获得该差压信号的频率和幅度，最后代入气液两相流有关的关联式，计算得到气液两相泡状流的流量与体积含气率。因该方法基于涡街流量计的使用，因此只适用于较快流速的测量，另外该方法只适用于泡状流的测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够达到很高的精度、方便快捷、适用性强的利用局部瞬时空泡份额获得整体瞬时空泡份额的方法。

本发明的目的是这样实现的：

将压强、压差采集装置与管道测量段两端的引压孔相连，读取压差、压强及局部空泡份额原始数据；

将局部空泡份额赋为整个管段即测量段空泡份额的初值，并计算气相真实平均速度；

通过得到的气相真实平均速度计算整个管段上游部分中的气泡将要运动到局部空泡份额采集位置所需要的时间，或者下游部分中的气泡已经离开空泡份额采集位置所花费的时间；

利用所述时间找到相应空泡份额数据，对这些空泡份额数据求算术平均值得到新的整体空泡份额，并进行判断：若新旧空泡份额的残差足够小，则新空泡份额即为所求所求整体瞬时空泡份额；若新旧空泡份额的残差不符合要求，则将新空泡份额赋值给测量段空泡份额作为新的初值，重复上述过程进行迭代计算，直到所得新旧空泡份额的残差足够小为止。

本发明还可以包括：

1、所述计算气相真实平均速度的方法为：其中M_g为气相质量流量，A为管道截面积，α为空泡份额，ρ_g为气相密度；其中R是气体状态常数，T是绝对温度，P_in是测量段中间压强；P_in通过在测量段中间设置引压孔直接测量获得；或者P_in通过如下方式获得：对同一组实验工况，用同一压差传感器分别采集测量段压差和测量段上游压强数据，第一遍采集测量段压差，第二遍把压差传感器低端空载与大气连通，测量上游引压孔处的压强。因为测量段两个引压孔之间的压强近似呈线性分布，测量段中间绝对压强可以估算为其中P₀为大气压，P_h为上游引压孔处相对压强，P_d为两引压孔之间的压差，用这种方法估算管道压强的优点是不用额外再在测量段上打孔和增加压强采集设备，缺点是每组工况需要分别采集两次数据。

2、所述通过气相真实平均速度计算测量段上游部分中的气泡将要运动到局部空泡份额采集位置所需要的时间，或者下游部分中的气泡已经离开空泡份额采集位置所用的时间，利用所求得的时间找到相应空泡份额数据中，时间的计算方法为：

上游：n为整数，且1≤n≤(L-L_c)/2L_c；