進(jìn)口來(lái)流條件對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)測(cè)量特性的影響.pdf

1、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)應(yīng)用流體特有的流體振動(dòng)現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)量與流速成正比的振動(dòng)頻率實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量;對(duì)被測(cè)流體的溫度、密度以及壓力和粘度等物性變化不敏感，并具備低流速信號(hào)強(qiáng)、量程比寬的優(yōu)點(diǎn)，使其在天然氣和煤層氣等氣體流量測(cè)量領(lǐng)域被充分認(rèn)可。
　　由于天然氣輸氣管道系統(tǒng)中存在大量的旋轉(zhuǎn)機(jī)械、閥門(mén)以及由于天然氣本身物性變化導(dǎo)致的旋渦流、非均勻流以及氣液兩相流等不同特性的流動(dòng)，對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生影響并造成測(cè)量誤差甚至無(wú)法測(cè)量，而目前對(duì)旋

2、進(jìn)旋渦流量計(jì)的研究卻極少。因此本文以CFD數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，對(duì)均勻來(lái)流、擾動(dòng)來(lái)流和氣液兩相流等不同來(lái)流條件下的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)流動(dòng)特征和測(cè)量特性開(kāi)展研究，從而理解和掌握旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及不同來(lái)流條件對(duì)流場(chǎng)分布和流動(dòng)測(cè)量的影響。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了以下的流動(dòng)現(xiàn)象和結(jié)論:
　　1.旋進(jìn)旋渦流量計(jì)內(nèi)部流動(dòng)特性研究。通過(guò)分析流體在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)內(nèi)的流動(dòng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)口為均勻流動(dòng)時(shí)，由于起旋器螺旋流道和收縮段的作用，流體不斷獲得加速并在起旋

3、器出口形成旋渦流;由于擴(kuò)張段流道面積的快速增大導(dǎo)致下游出現(xiàn)回流，回流流體作用于旋渦流后，致使旋渦渦核偏離流道中心。渦核的偏離運(yùn)動(dòng)從流體進(jìn)入喉部開(kāi)始發(fā)生并隨著流動(dòng)發(fā)展而不斷靠近測(cè)量管壁面，同時(shí)渦核繞流道中心軸隨時(shí)間出現(xiàn)規(guī)律性的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而形成旋渦進(jìn)動(dòng)，旋渦進(jìn)動(dòng)對(duì)流量計(jì)內(nèi)部的流場(chǎng)分布起決定性的作用。
　　2.測(cè)量管結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)內(nèi)部流動(dòng)作用研究。通過(guò)在均勻來(lái)流時(shí)不同收縮角、喉部長(zhǎng)度、喉部直徑和擴(kuò)張角下的流量計(jì)內(nèi)部三維湍流場(chǎng)的數(shù)值

4、計(jì)算，發(fā)現(xiàn)測(cè)量管中的喉部直徑和收縮角對(duì)流動(dòng)狀態(tài)起主導(dǎo)作用。收縮角決定流體在收縮段內(nèi)的加速過(guò)程，收縮角的增大能提高收縮段和喉部的整體流速。喉部直徑越小則流速越高，喉部末端監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)也越強(qiáng);喉部直徑的減小增大了旋渦進(jìn)動(dòng)頻率，而流量計(jì)的測(cè)量損失則隨喉部直徑的增大而減小。通過(guò)將收縮角從11°減小至8°，喉部直徑從32mm增大至37mm，對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)進(jìn)行壓損優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)證實(shí)改型旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在流量為70m3/h和100m3/h時(shí)，壓損分別

5、減小了22％和17.7％，并且能在10-150m3/h的范圍內(nèi)保證測(cè)量精度。
　　3.來(lái)流擾流對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)流動(dòng)影響研究。管道中的閥門(mén)、收縮管等阻流件導(dǎo)致流量計(jì)進(jìn)口流速的不均勻分布，對(duì)流量計(jì)內(nèi)的流動(dòng)產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響測(cè)量準(zhǔn)確性。通過(guò)模擬和實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)上游阻流件的開(kāi)度越小則流量計(jì)內(nèi)的流速越高，導(dǎo)致旋渦進(jìn)動(dòng)頻率增大而造成測(cè)量的正偏差，并且小流量時(shí)的測(cè)量誤差相對(duì)較大。特別是在開(kāi)度為7％時(shí)的小開(kāi)度工況下，最高測(cè)量誤差達(dá)到30％以上，嚴(yán)

6、重影響了旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的正常測(cè)量。開(kāi)度越大，流量計(jì)進(jìn)口直管段越長(zhǎng)，則流量計(jì)內(nèi)的流動(dòng)受影響越小。在進(jìn)口直管段長(zhǎng)度在5D及以上時(shí)，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的測(cè)量已經(jīng)基本不受阻流件的干擾。進(jìn)口來(lái)流為旋渦流時(shí)，不同的旋渦方向?qū)α髁坑?jì)的影響不同。其中，正向旋渦會(huì)減小流量計(jì)進(jìn)口熵產(chǎn)進(jìn)而減小流量計(jì)內(nèi)的壓力損失，而反向旋渦的作用則相反。正向旋渦在不同長(zhǎng)度安裝直管段作用下，始終產(chǎn)生測(cè)量負(fù)偏差;而反向旋渦在大流量和小流量時(shí)出現(xiàn)了不同的影響規(guī)律，大流量時(shí)隨著安裝直管段

7、的增加出現(xiàn)了測(cè)量負(fù)偏差。
　　4.氣液兩相流對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)測(cè)量影響研究。兩相流測(cè)量時(shí)，由于液相的存在導(dǎo)致了氣相在流量計(jì)內(nèi)的流動(dòng)速度下降;而液相含率越高，則流量計(jì)內(nèi)的液相和氣相的流速越低。氣相流速的降低使其在喉部無(wú)法形成穩(wěn)定和強(qiáng)烈的旋渦流，進(jìn)而導(dǎo)致旋渦進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象的逐漸消失，喉部末端的壓力脈動(dòng)強(qiáng)度大幅下降。液相體積分?jǐn)?shù)為1％時(shí)的喉部末端截面內(nèi)的壓差降至氣體單相流動(dòng)時(shí)的15％左右。兩相流測(cè)量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液相含率低于0.2％時(shí)，旋進(jìn)旋渦流