[发明专利]一种基于PVT法的小通道气液两相流流量测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于多相流流量测量领域,涉及一种基于PVT法的小通道气液两相流流量测量装置及方法。

背景技术

气液两相流在自然界与工业生产中涉及范围十分广泛,例如,工业中的湿蒸汽传输、石油分离、蒸汽压缩等。同时，随着微化工技术的发展，微化工工程在工业生产中受到了广泛重视。因此,微小通道气液两相流流动特性研究受到国内外学者重视，微小管道气液两相流参数测量也成为一个重要的研究方向。

常规管道测量气液两相流流量的方法和理论对于管径尺寸小，表面张力、粘度作用显著的小通道两相流系统并不适用,这使得小管道两相流参数测量始终是一个较为困难的问题,对此国内外众多研究人员多年来已经进行了大量的研究工作。小通道气液两相流的参数有流型、流速、相含率以及流量，其中流量作为描述流动特性比较重要的参数，一直受到国内外学者的重视。然而，关于小管道气液两相流流量的测量，现有的报道还很少。

发明内容

本发明的目的是针对小管道气液两相流流量的测量技术缺乏的问题，提供一种基于PVT法的小通道气液两相流流量测量装置及方法。

基于PVT法的小通道气液两相流流量测量装置包括两相流控制系统与两相流参数测量系统两部分，两相流控制系统包括水罐、氮气罐、液体转子流量计、气体转子流量计、第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、混相器；水罐、液体转子流量计、第一压力传感器、第一温度传感器、混相器第一入口顺次相连，氮气罐、气体转子流量计、第二压力传感器、第二温度传感器、混相器第二入口顺次相连，两相流参数测量系统包括第一光电传感器组、第一光学仪器组、第一激光源、第一压力传感器、第一温度传感器、NI采集模块、微型计算机、透明小通道、第二光电传感器组、第二光学仪器组、第二激光源、第二压力传感器、第二温度传感器；混相器出口、第一光电传感器组、第一压力传感器、第一温度传感器、透明小通道、第二光电传感器组、第二压力传感器、第二温度传感器顺次相连，第一激光源经第一光学仪器组与第一光电传感器组相连，第二激光源经第二光学仪器组与第二光电传感器组相连，传感器的信号经NI采集模块采集后输入到微型计算机。

基于PVT法的小通道气液两相流流量测量方法的步骤如下:

(1)让氮气和水流入传输管道，并经过混相器(9)后形成稳定的两相流流入透明小通道(17)；

(2)用液体转子流量计(3)、气体转子流量计(4)、第一压力传感器(5)、第二压力传感器(6)、第一温度传感器(7)、第二温度传感器(8)分别对氮气和水进行测量，得到它们混相前的流量、压力和温度参数Q_g,P_g,T_g,Q_l,P_l,T_l；

(3)在透明小通道(17)的上下游设置两个检测点,第一激光源(12)发出激光，经第一光学仪器组(11)后形成两束平行激光照射到透明小通道(17)的第一个检测点上，穿过小通道后的光被第一光电传感器组(10)接收，第二激光源(20)发出激光，经第二光学仪器组(19)后形成两束平行激光照射到透明小通道(17)的第二个检测点上，穿过小通道后的光被第二光电传感器组(18)接收，用NI数据采集模块(15)采集两个检测点的光电池信号后输入到计算机(16)，获得两个检测点的两组电信号S₁(t),S₂(t)；S₃(t),S₄(t)；

(4)由第一光电传感器组(10)测得到的电信号,利用互相关性原理算出多相流的流速，公式如下：

其中S₁(t),S₂(t)为通过第一光电传感器组(10)采集到的电压信号，光电传感器电压信号的渡越时间可以通过计算R(τ)的最大值获得，当τ＝τ₀时,R(τ)最大，由公式:

v₁＝L/τ₀

便算出气液两相流流速，其中，v₁为通过互相关算法获得的气液两相流段塞流第一个测量点的流速，L为第一光电传感器组(10)中两个光电传感器的中心点距离，τ₀为通过互相关算法得到的光电池电压信号的渡越时间，同理利用第二光电传感器组(18)测得到的电信号,利用互相关性原理算出第二个测量点的流速v₂；

(5)由算出的流速和管道截面积就得到上下游流体体积流量,公式如下：