[發明專利]多相濕氣流流量與相含率在線測量方法及裝置

在審

• 申請號: 201410461930.7
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN104266702A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 白博峰;賀登輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01F7/00
• 分類號: G01F7/00;G01N33/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種多相濕氣流流量與相含率在線測量裝置，其特征在于：包括兩相濕氣流在線測量實施系統，兩相濕氣流在線測量實施系統包括數據處理系統(12)和圓柱狀V錐節流裝置(2)，V錐節流裝置(2)的內腔中沿濕氣流流動方向依次設置有節流錐體(7)和溫度傳感器(11)，節流錐體(7)通過取壓管道連接有收縮段差壓傳感器(9)和擴張段差壓傳感器(10)，收縮段差壓傳感器(9)的另一條取壓管道連接節流錐體(7)的上游以及壓力傳感器(8)，擴張段差壓傳感器(10)的另一條取壓管道連接節流錐體(7)的下游，壓力傳感器(8)、收縮段差壓傳感器(9)、擴張段差壓傳感器(10)和溫度傳感器(11)均連接數據處理系統(12)。

2.根據權利要求1所述的一種多相濕氣流流量與相含率在線測量裝置，其特征在于：還包括三相濕氣流在線測量實施系統，三相濕氣流在線測量實施系統包括在V錐節流裝置(2)的濕氣流入口通過法蘭(3)連接電容探針裝置(1)，電容探針裝置(1)包括置于與V錐節流裝置(2)連接的腔體中的電容探針(4)和電極探針(5)，電容探針(4)和電極探針(5)均連接電容信號處理模塊(6)，電容信號處理模塊(6)連接數據處理系統(12)。

3.權利要求2所述的一種多相濕氣流流量與相含率在線測量裝置的測量方法，其特征在于：三相濕氣流在線測量實施系統的測量方法包括以下步驟：

步驟一：由壓力傳感器(8)及溫度傳感器(11)測得濕氣的壓力P和溫度T，根據已知的濕氣氣相和油相的組分，計算得到油、氣、水三相的密度ρ_o、ρ_g、ρ_w及粘度；

步驟二：濕氣中的水相包覆在電容探針(4)表面形成電容信號C，通過電容信號處理模塊(6)中的電容電壓轉換電路轉換成電壓信號V，然后轉化成標準電流信號I輸出，經過數據處理系統(12)，輸出濕氣含水率α_w；

其中，

α_w+α_o+α_g＝1

式中，α_o、α_g分別為油相和氣相的相含率，則液相混合密度為：

ρl=ρwαw+ρoαoαw+αo;]]>

步驟三：定義V錐節流裝置的兩相質量流量系數為其中，m_g和m_l分別為氣、液相質量流量，m_l＝m_w+m_o，m_w和m_o分別為濕氣中水和油相的質量流量；為濕氣差壓對應的表觀濕氣流量，其中，A_t為V錐節流裝置(2)的喉部流通截面積，ρ_g為氣相密度，β為V錐節流裝置(2)的節流比，A為V錐節流裝置(2)的入口截面積，D為節流裝置內徑；

步驟四：根據洛克哈特-馬蒂內利參數X_LM的定義式與收縮段兩相質量流量系數的定義式建立濕氣測量模型式中，m_apparent,1為收縮段差壓△P₁對應的表觀濕氣流量；

步驟五：差壓傳感器測得的收縮段的差壓△P₁，所對應的兩相質量流量系數為K₁，通過實驗標定得到K₁與X_LM、氣體密度弗魯德數Fr_g及氣液密度比的擬合關聯式，即，其中，氣體密度弗魯德數Frg=mgAρggDρgρl-ρg,]]>g為重力加速度；

步驟六：差壓傳感器測得擴張段的差壓△P₂，所對應的兩相質量流量系數為K₂，K₁和K₂之差與X_LM、Fr_g及ρ_g/ρ_l滿足以下的關聯式，即，由此可建立雙差壓△P₁和△P₂與各相流量及相含率參數的關聯式，1ΔP2-1ΔP1=f(ρg,ρw,ρo,αg,αw,αo,mg);]]>

步驟七：聯立m_g、K₁的表達式和1ΔP2-1ΔP1=f(ρg,ρw,ρo,αg,αw,αo,mg),]]>再結合電容探針測得的含水率α_w，通過迭代，得到油、氣、水流量m_o、m_g、m_w及相含率α_o、α_g、α_w。