安雅麗，徐志鵬，劉鐵軍，謝代梁

(中國計量大學(xué)，杭州310018)

雙錐流量計氣水兩相流流量測量實驗研究

安雅麗，徐志鵬，劉鐵軍，謝代梁*

(中國計量大學(xué)，杭州310018)

設(shè)計了等效內(nèi)徑比分別為0．424、0．586的雙錐流量計，并采用該流量計在多相流實驗裝置上開展了氣水兩相流參數(shù)測量實驗研究。通過對雙錐流量計上的差壓波動信號時間序列進(jìn)行分析，采用其特征值建立氣水兩相流分相含率測量模型;在分相流模型的基礎(chǔ)上，通過分析準(zhǔn)氣相流量比和Lockhart-Martinelli常數(shù)的關(guān)系建立氣水兩相流流量測量模型。在多相流實驗裝置上進(jìn)行了氣水兩相流參數(shù)測量系列實驗，結(jié)果表明在實驗范圍內(nèi)，所建立的體積含氣率測量模型測量相對誤差在5%以內(nèi);氣液兩相流總流量和液相流量測量誤差在6%以內(nèi)。氣相流量的測量結(jié)果表明，在以空氣和水為介質(zhì)、干度很小的工況下，氣相流量的測量相對誤差明顯大于總流量和液相流量的相對誤差。

雙錐流量計;氣液兩相流;流量;測量;分相含率

0 引言

氣液兩相流常見于冶金、石油、動力、化工、能源、管道運(yùn)輸及制冷制藥等領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)研究中具有重要作用，在工業(yè)過程中也伴隨著許多經(jīng)濟(jì)與安全問題，因此對兩相流活動過程機(jī)理狀態(tài)的描述、解釋以及流動過程中相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確測量具有重要意義，也是現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中亟待解決的一道難題。隨著工業(yè)水平的不斷提高，兩相流涉及的領(lǐng)域越來越廣泛，對工業(yè)過程控制精度的要求也在不斷提高。在目前工業(yè)生產(chǎn)中，由于一些傳統(tǒng)的流量測量方式及模型無法適用于兩相流特有的波動性和復(fù)雜的流動形態(tài)，使得其相關(guān)參數(shù)的測量方法多處于研究階段，離實際應(yīng)用尚有一定距離［1-2］。

氣液兩相流過程參數(shù)的檢測策略隨工況與對象屬性的變化而變化，可以利用的物理現(xiàn)象與關(guān)系有很多，因此檢測方法也多種多樣。從測量形式上講，目前常見的檢測方法大致可分為直接法和間接法2類，前者可以通過采用傳統(tǒng)單相流儀表等方法直接測得待測對象的相關(guān)參數(shù)，后者則多采用一定的輔助測量值建立待測參數(shù)與特征值的關(guān)系式，通過模型計算得到［2］。利用傳統(tǒng)單相流量計測量氣液兩相流參數(shù)是多相流測量研究與應(yīng)用的一個重要方向，Skea和Hall指出，雖然這類儀表在檢測混合流量時的性能良好，但由于工況和模型的差異，在檢測相含率時誤差較大［3-4］。從測量原理上講，氣液兩相流相關(guān)參數(shù)的測量方法可以分為分離法和非分離法，前者是將兩相流流體分離，利用單相流的測量方法分別獲得相關(guān)參數(shù)，但此類方法受測量設(shè)備龐大、系統(tǒng)復(fù)雜等因素的限制，需要對取樣設(shè)備進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，后者直接利用傳統(tǒng)差壓式流量計對混合的兩相流流體進(jìn)行測量，傳統(tǒng)差壓式流量計由于結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等特點，一直以來在多相流參數(shù)測量中倍受關(guān)注。Murdock［5］，James［6］，Chisholm［7-8］，Smith［9］，Lin［10］，Steven［11］和Steven and Hall［12］等通過理論分析結(jié)合實驗研究建立了半經(jīng)驗測量模型。采用新技術(shù)和方法，Huang等［13］和Meng等［14］將文丘里管與電容、電阻層析成像技術(shù)相結(jié)合，在實驗室中實現(xiàn)了對氣液兩相流空隙率和流量的測量。

傳統(tǒng)差壓式流量計是將流向管道中心收縮，通過測量節(jié)流件(如孔板和文丘里管)前后的壓力降來得到流量數(shù)據(jù)。近20年出現(xiàn)了一種新型V型內(nèi)錐流量計，它將原本利用流體進(jìn)行節(jié)流而后收縮到管道中心軸線附近的概念從根本上改變?yōu)槔猛S安裝在管道中的V形錐體將流體慢慢地進(jìn)行節(jié)流而后收縮到管道的內(nèi)邊壁。與其他傳統(tǒng)差壓式流量計相比，V錐流量計在壓損、重復(fù)性、量程比和長期工作穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，實驗分析表明其可用于兩相流的流型識別和參數(shù)測量［15-18］，但由于V錐流量計的內(nèi)錐形狀較為復(fù)雜且節(jié)流件尾部鈍體會使流體產(chǎn)生流動分離，產(chǎn)生旋渦并造成較大壓力損失等問題使其應(yīng)用受到一定的限制。本文作者在V錐流量計的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種具有對稱結(jié)構(gòu)的雙錐流量計［19］，利用理論模型較成熟的差壓原理開展氣液兩相流參數(shù)的測量，并根據(jù)氣液兩相流固有的波動特性提取相關(guān)特征值，分析其與分相含率等參數(shù)的關(guān)系［20-22］，探尋氣液兩相流的參數(shù)測量新型測量方法并開展實驗分析和研究，為氣液兩相流在工業(yè)過程參數(shù)準(zhǔn)確檢測及新型流量計商業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

1 測量原理

1．1流量計結(jié)構(gòu)

雙錐流量計為一新型內(nèi)錐流量計，節(jié)流單元基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括測量管段、取壓口和節(jié)流錐體。圖1(b)為雙錐流量計剖面圖，P1、P2、P3分別為3個取壓口，P1為上游流體收縮前取壓口，P2為節(jié)流件喉部最小流通面積處取壓口，P3為下游流束穩(wěn)定時的取壓口。本實驗研究所需的雙錐流量計差壓信號是從P1與P2口獲得的前差壓。利用P2與P3可獲得雙錐流量計的后差壓。節(jié)流錐體是雙錐流量計的核心部件，主要包括錐體和錐體支架結(jié)構(gòu)2部分，如圖2所示。雙錐流量計的錐體由前后2個錐角相等的對稱錐體構(gòu)成，3個片狀支架和1個管環(huán)構(gòu)成錐體支架結(jié)構(gòu)，節(jié)流錐體可通過支架結(jié)構(gòu)固定在管道中心并與管道同軸，將與管道內(nèi)徑相同的管環(huán)安裝在實驗管道中。

圖1 雙錐流量計結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1 Scheme of themeter structure

圖2 雙錐流量計節(jié)流錐體Fig．2 Throttling cone of double-cone flowmeter

本次研究所設(shè)計的雙錐流量計錐體前后錐角均為45°，中部圓柱體長度20mm。D為管道內(nèi)徑，d為節(jié)流錐體在喉部處直徑，α為對稱錐體的錐角。圖1(a)為管道最小流通面積處的截面圖，雙錐體采用三角結(jié)構(gòu)固定于管道內(nèi)，既能使雙錐承受較大的沖擊又可以保證雙錐與管道內(nèi)圓的同軸度，同時足夠薄度的支撐葉片也可以最大程度減小對流體的擾動。

1．2基本測量模型

雙錐流量計的工作原理是基于流體在一密封管道中的能量守恒原理(伯努利方程)和流動連續(xù)性原理。根據(jù)流體力學(xué)的相關(guān)理論可以推出單相流流量的基本測量模型:

式中:Δptp為差壓;ρ為單相流流體的密度;C為流出系數(shù);A'為流束的最小流通面積(A'=πβ2D2/4); ε為流體的可膨脹系數(shù)，對于不可壓縮流體ε=1;β為等效直徑比，即流束最小流通面積和管道截面積的比值其中βD為雙錐直徑比d/D，n、l分別為支撐葉片的厚度和長度。

2 實驗裝置

圖3和4分別為雙錐流量計氣液兩相流實驗系統(tǒng)實物圖和結(jié)構(gòu)簡圖，實驗對象為水平管道內(nèi)的氣/水混合流體。實驗設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實驗管路2大部分:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器及采集控制界面;實驗管路包括雙錐流量計、壓力變送器、差壓變送器、溫度計、標(biāo)準(zhǔn)表以及管道和閥門等設(shè)備。

圖3 多相流實驗系統(tǒng)實物圖Fig．3 The picture of experimental facility for multi-phase flow

圖4 氣液兩相流實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig．4 Scheme of the experimental system

裝置的工作流程為:水經(jīng)過穩(wěn)壓罐后，通過標(biāo)準(zhǔn)水表讀取其體積流量，進(jìn)入混相器;空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮到穩(wěn)壓罐，通過標(biāo)準(zhǔn)氣表讀取其體積流量，并用溫度計和壓力表測量此時的氣相溫度(T1)和壓力(p1)，最后進(jìn)入混相器與液相混合;氣液兩相流經(jīng)過8m長的直管段，充分混合后進(jìn)入氣液兩相實驗管段，在此處安裝雙錐流量計并測量氣液兩相的混合差壓，同時測量雙錐流量計前的壓力(p2)和溫度(T2)，采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄各測量值。

實驗中，液體穩(wěn)壓罐和氣體穩(wěn)壓罐的穩(wěn)壓范圍分別為0．2～0．21MPa和0．39～0．41MPa，標(biāo)準(zhǔn)水表和標(biāo)準(zhǔn)氣表參數(shù)如表1，直管段以及實驗管段管徑為50mm。

表1 標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù)Table 1 Parameters of standard meters

考慮到不同等效直徑比的雙錐流量計具有不同的測量特性，選擇不同的直徑比可分析雙錐流量計各自不同特性，從而獲得與直徑比相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)，因此選用2個不同等效直徑比(0．424、0．586)的雙錐流量計進(jìn)行實驗，其流出系數(shù)分別為0．9672和0．9685。雙錐流量計的差壓信號由應(yīng)變式差壓變送器進(jìn)行測量，其量程為0～64kPa，輸出電流信號4～20mA，精度等級為0．25%FS。

3 分相含率測量模型

在氣液兩相流的測量中，分相含率是一個重要的參數(shù)，重點測量對象為氣相的相含率，包括體積含氣率、截面含氣率(空隙率)和質(zhì)量流量含氣率(干度)。其中體積含氣率和干度的關(guān)系如下式:

式中:μ為體積含氣率;ρg為氣相密度;ρl為液相密度。

氣液兩相流在流動過程中存在波動性，根據(jù)前人的實驗研究結(jié)果，此波動信號與氣液兩相流的流型、分相含率等重要測量參數(shù)具有一定的相關(guān)性，因此可以通過分析從差壓波動信號中提取的特征值建立氣液兩相流分相含率的測量模型，從而實現(xiàn)對氣相含率等參數(shù)的在線測量。

氣液兩相流通過差壓式流量計時的瞬時差壓和瞬時流量之間也符合時間平均值的關(guān)系式，因此:

式中:i為某個瞬時時刻;Δptp(i)為瞬時差壓;μi為瞬時體積含氣率;qi為瞬時流量;k、b是與節(jié)流元件結(jié)構(gòu)和兩相流流體物性有關(guān)的系數(shù)。

定義脈動振幅為差壓瞬時值和時均值之差，其均方根為:

式中:n為差壓瞬時值采樣個數(shù);δp為差壓信號的脈動振幅。

定義無量綱參數(shù)R=δp/Δptp，則:

理論上R是μ的單值函數(shù)，可通過實驗差壓時均值和差壓脈動幅值計算出氣相體積含率μ。

實驗所用水平管道管徑為50mm，進(jìn)行氣液兩相流實驗并采集差壓波動信號，圖5和6為等效直徑比為0．424和0．586的雙錐流量計無量綱參數(shù)R與體積含氣率μ的數(shù)值點分布。

圖5 β=0．424無量綱參數(shù)R與氣相體積含率μ關(guān)系圖Fig．5 Relationship of the nondimensional parameter R with the gas volume fractionμwithβ=0．424

圖6 β=0．586無量綱參數(shù)R與氣相體積含率μ關(guān)系圖Fig．6 Relationship of the nondimensional parameter R with the gas volume fractionμwithβ=0．586

由圖5和6可知，對于雙錐流量計，波動幅度參數(shù)R隨著體積含氣率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)體積含氣率小于0．3時，差壓的波動幅度參數(shù)很小;然后隨著體積含氣率的增大，差壓的波動幅度值增大，并在0．85左右達(dá)到最大值。根據(jù)流體在管道中流動的實際情況，當(dāng)流體為單相(即全為液相μ=0，全為氣相μ=1)時，流動是較為平穩(wěn)的，應(yīng)有R≈0，因此可假設(shè)R與μ符合如下關(guān)系:

式中:η、λ和ξ為待定系數(shù)，可由實驗獲得。一系列的實驗表明，R值還受流體密度的影響，因此引入修正項(ρl/1000ρg)ξ，由此定義新的無量綱參數(shù)R'，

表2 待定系數(shù)實驗分析值Table 2 Values of coefficients determ ined by experiment

4 流量測量模型

雙錐流量計作為一種新型差壓式流量計，在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)差壓流量計具有一定的差異，現(xiàn)有模型的一些關(guān)鍵參數(shù)無法適用，需尋求新的模型參數(shù)。

Murdock用汽水、氣水和天然氣水混合物經(jīng)過大量實驗并對理想分相流模型進(jìn)行修正后得到孔板氣液兩相流流量計算模型:

式(8)可改寫為如下形式:

式中，X為Lockhart-Martinelli常數(shù)，可由下式計算:

式(9)等式的右邊可認(rèn)為是準(zhǔn)氣相流量比，根據(jù)雙錐流量計氣液兩相流的測量數(shù)據(jù)，分析X與氣相流量比的關(guān)系，如圖7所示。

分析圖7中的數(shù)據(jù)，可認(rèn)為Lockhart-Martinelli常數(shù)與準(zhǔn)氣相流量比存在如下線性關(guān)系:

待定系數(shù)a和b如表3中所示。

與式(8)類比，結(jié)合式(11)，對于該雙錐流量計測量氣液兩相流，改進(jìn)的Murdock模型可表示為:

Δptp是差壓波動信號的均值。

圖7 Lockhart-Martinelli常數(shù)與準(zhǔn)氣相流量比的關(guān)系Fig．7 Relationship between Lockhart-Martinelli constant and gas flow rate ratio

表3 準(zhǔn)氣相流量比與Lockhart-M artinelli常數(shù)關(guān)系常數(shù)Table 3 Coefficients for the formula of Lockhart-Martinelli constant and gas flow rate ratio

5 實驗與結(jié)果分析

5．1氣相含率測量

實驗在體積含氣率為0．32～0．96范圍內(nèi)進(jìn)行，對流體流經(jīng)雙錐流量計時所產(chǎn)生的前差壓進(jìn)行了采集，提取差壓波動信號中的特征值R'，通過模型式(7)計算得出體積含氣率值，模型測量誤差如圖8和9所示，體積含氣率的相對誤差基本在±5%以內(nèi)。

圖8 β=0．424體積含氣率模型測量誤差Fig．8 Relative errorsof themeasured gas volume fraction w ithβ=0．424

5．2流量測量

氣液兩相流流量實驗測量以水和空氣為介質(zhì)，其中水和空氣的質(zhì)量流量范圍分別為1．233～6.581kg/s和0．006～0．04kg/s。水穩(wěn)壓為0．2MPa，氣源穩(wěn)壓0．4MPa，干度范圍0．001～0．03，環(huán)境溫度20．5℃。NI數(shù)據(jù)采集卡采集差壓波動信號，提取其特征值并通過公式(7)和(2)計算得到質(zhì)量流量含氣率x，流量值可通過公式(12)計算得到。

圖9 β=0．586體積含氣率模型測量誤差Fig．9 Relative errors of themeasured gas volume fraction withβ=0．586

實驗測量了氣液兩相流的總流量及液相、氣相的分相流量，在圖10和11中給出了總流量的測量誤差，總質(zhì)量流量的參考值為氣相和液相混合前的流量值之和。測量誤差結(jié)果顯示，在實驗范圍內(nèi)所采用的體積含氣率測量模型和改進(jìn)的Murdock流量測量模型對氣液兩相流總流量測量具有較好的適用效果，測量結(jié)果相對誤差基本可以控制在±6%以內(nèi)。值得提出的是，當(dāng)氣相體積含率大于0．8時，兩相流處于塞狀流向環(huán)狀流的過渡段，流型變化較為復(fù)雜，使得測量精度有所下降。

圖10 β=0．424總流量測量相對誤差Fig．10 Relative errors of totalmass flow ratew ithβ=0．424

總流量測量相對誤差圖中可看出，對于氣液兩相流，其分相流的參數(shù)測量具有重要的工程意義?？梢愿鶕?jù)公式(7)和測量出的體積含氣率值由公式(2)得到干度值，從而實現(xiàn)對氣液兩相流的分相流測量。液相流量測量誤差如圖12和13所示，在實驗范圍內(nèi)的相對誤差基本在±6%以內(nèi)，說明該測量模型在該工況下具有較好的測量效果。因為在實驗所用氣液兩相流中，氣體在總流量中所占的比例較小，所以液相流量測量誤差分布結(jié)果與總流量相似。

圖11 β=0．586總流量測量相對誤差Fig．11 Relative errors of totalmass flow rate w ithβ=0．586

圖12 β=0．424液相流量測量相對誤差Fig．12 Relative errors of measured liquid mass flow rate w ithβ=0．424

圖13 β=0．586液相流量測量相對誤差Fig．13 Relative errors of measured liquid mass flow rate w ithβ=0．586

實驗對氣相流量進(jìn)行了測量，其測量結(jié)果如圖14和15所示。測量誤差結(jié)果顯示，忽略粗大誤差后的氣相流量測量誤差在±20%以內(nèi)，該誤差遠(yuǎn)大于液相和總流量的測量誤差，分析認(rèn)為在本實驗中的兩相流干度僅在0．001～0．03范圍內(nèi)，不同于濕蒸氣和高干度的實驗工況，對體積含氣率或干度的微小測量誤差會導(dǎo)致對氣相流量測量結(jié)果的較大偏差。

圖14 β=0．424氣相流量測量相對誤差Fig．14 Relative errors of measured gas mass flow rate withβ=0．424

圖15 β=0．586氣相流量測量相對誤差Fig．15 Relative errors of measured gas mass flow rate w ithβ=0．586

6 結(jié)論

本文將一種新型的雙錐流量計用于氣水兩相流的測量，研究了2個不同等效直徑比的雙錐流量計對氣相體積含率、總流量及分相流量的測量性能。對雙錐流量計上的差壓波動信號時間序列進(jìn)行了分析，利用其特征值建立了氣水兩相流氣相含率的關(guān)系模型。應(yīng)用該模型對氣相體積含率進(jìn)行測量，在實驗范圍內(nèi)，氣相體積含率測量相對誤差在±5%以內(nèi)。利用Lockhart-Martinelli常數(shù)建立了雙錐流量計氣液兩相流總流量測量模型，可對總流量和液相流量進(jìn)行有效的測量，測量結(jié)果的相對誤差在±6%以內(nèi)。在干度很小的情況下，氣相流量的測量相對誤差較大。與V錐流量計在氣液兩相流相關(guān)參數(shù)的測量結(jié)果(氣相體積含率已確定的條件下，兩相流總質(zhì)量流量的相對誤差基本在±5%內(nèi))相對比表明［17］，雙錐流量計可獲得與V錐流量計相當(dāng)?shù)木?，且在減小流體擾動、降低壓力損失和抗壓力沖擊等方面更具有優(yōu)勢。

［1］林宗虎，王棟，王樹眾，等．多相流的近期工程應(yīng)用趨向［J］．西安交通大學(xué)學(xué)報，2001，35(9):886-890．

Lin ZH，Wang D，Wang SZ，etal．Recent trend towardsengineering application ofmultiphase flow［J］．Journal of Xi’an Jiao Tong University，2001，35(9):886-890．

［2］譚超，董鋒．多相流過程參數(shù)檢測技術(shù)綜述［J］．自動化學(xué)報，2013，39(11):1923-1932．

Tan C，Dong F．Parametersmeasurement formultiphase flow process［J］．Acta Automatica Sinica，2013，39(11):1923-1932．

［3］Skea A F，Hall A R W．Effects of gas leaks in oil flow on singlephase flowmeters［J］．Flow Measurement and Instrumentation，1999，10(3):145-150．

［4］Skea A F，Hall A RW．Effects ofwater in oil and oil in water on single-phase flowmeters［J］．Flow Measurement and Instrumentation，1999，10(3):151-157．

［5］Murdock JW．Two-phase flow measurement with orifices［J］．Journal of Basic Engineering，1962，84(4):419-433．

［6］James R．Metering of steam-water two-phase flow by sharp-edged orifices［J］．Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，1965，180(23):549-572．

對于踏足酒圈，選擇并開始從事葡萄酒行業(yè)工作的人來說，選擇的理由千千萬萬，其中大多是基于興趣開始。有人做培訓(xùn)，有人賣酒，有人搞活動，有人撰稿，選擇各有不同，相同的是，如今在行業(yè)有所建樹的人，幾乎都是“既然選擇了遠(yuǎn)方，便只顧風(fēng)雨兼程”。在這葡萄酒發(fā)展之路，他們一路學(xué)習(xí)，不斷向上發(fā)展，也進(jìn)而促進(jìn)市場更加生機(jī)勃勃。

［7］Chisholm D，Rooney D H．Pressure drop during steam/water flow through orifices［J］．Mechanical Engineering Science，1974，16 (5):353-355．

［8］Chisholm D．Two-phase flow through sharp-edged orifices［J］．Mechanical Engineering Science，1977，19(3):128-130．

［9］Smith L T，Murdock JW，Applebaum R S．An evaluation of exisiting two-phase flow correlations for use with ASME sharp edgemetering orifices［J］．Journal of Engineering for Power，1977，99(3): 343-347．

［10］Lin Z H．Two-phase flow measurements with sharp-edged orifices［J］．International Journal of Multiphase Flow，1982，8(6):683-693．

［11］Steven R N．Wet gasmetering with a horizontally mounted Venturi meter［J］．Flow Measurement and Instrumentation，2002，12(s5-6):361-372．

［12］Steven R，Hall A．Orifice platemeterwetgas flow perfor-mance［J］．Flow Measurement and Instrumentation，2009，20(4-5):141-151．

［13］Huang Z Y，Xie D L，Zhang H J，et al．Gas-oil two-phase flow measurement using an electrical capacitance tomography system and a Venturimeter［J］．Flow Measurementand Instrumentation，2005，16(2-3):177-182．

［14］Meng Z Z，Huang Z Y，Wang B L，et al．Air water two phase flow measurement using a Venturi meter and an electrical resistance tomography sensor［J］．Flow Measurementand Instrumentation，2010，21(3):268-276．

［15］陳飛，孫斌，王二朋，等．不同節(jié)流裝置測量氣液兩相流的動態(tài)特性研究［J］．實驗流體力學(xué)，2012，26(1):55-60．

Chen F，Sun B，Wang E P，etal．Research on the dynamic characteristics of gas-liquid two phase flow measurement with different throttle devices［J］．Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2012，26(1):55-60．

［16］孫斌，劉彤，趙鵬．基于EE MD氣液兩相流差壓信號時頻分析［J］．實驗流體力學(xué)，2014，28(5):47-52．

Sun B，Liu T，Zhao P．Time-frequency analysison differential pressure signal of two-phase flow based on EEMD［J］．Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2014，28(5):47-52．

［17］胡俊，董峰．基于V型內(nèi)錐流量計測量氣/水兩相流的研究［J］．工程熱物理學(xué)報，2007，38(1):205-208．

Hu J，Dong F．Research on measurement of air/water two-phase flow based on V-cone flowmeter［J］．Journal of Engineering Thermophysics，2007，38(1):205-208．

［18］Zhang F S，Dong F，Tan C．High GVF and low pressure gas liquid two-phase flowmeasurementbased on dual-cone flowmeter［J］．Flow Measurement and Instrumentation，2010，21(3):410-417．

［19］Xie D L，Zhu Y，Tao S．Flowrate measurement of gas/liquid twophase flow base on the double-cone flowmeter［C］．Conference Record-IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference，2011:1-4．

［20］Xu L J，Xu J，Dong F，et al．On fluctuation of the dynamic differential pressure signal of Venturimeter forwetgasmetering［J］．Flow Measurement and Instrumentation，2003，14(4-5):211-217．

［21］仲朔平，佟云憲，王文然．利用孔板差壓噪聲測量汽水兩相流［J］．清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1997，37(5):15-18．

Zhong SP，Tong Y X，WangW R．Double parametermeasurement steam-water two-phase flow by using differential pressure noise of orifice［J］．Journal of Tsinghua University(Sci＆Tech)，1997，37 (5):15-18．

［22］Ferreira V C S．Differential pressure spectral analysis for two-phase flow through an orifice plate［J］．The International Journal of Pressure Vessels and Piping，1997，73(1):19-23．

Experimental study on flow ratemeasurement of air-water two phase flow by double-cone flowmeter

An Yali，Xu Zhipeng，Liu Tiejun，Xie Dailiang*
(China Jiliang University，Hangzhou 310018，China)

The double-cone flowmeterswith equivalent diameter ratio 0．424 and 0．586 are designed．Experimental study on the parameter measurement is carried out on the multi-phase flow facility．The measurementmodel is established for the gas volume fraction through analysis of characteristic values obtained from time serial signals of the differential pressuremeasured by themeters．On the basis of the gas volume fractionmodel，the flowratemeasurementmodels are established in terms of linear relationship between the Lockhart-Martinelli constantand the quasi-ration of the gas flowrate．A series of experiments are conducted on the facility of the air-water two phase flow．The experimental results show that the gas volume fraction measurementmodel provides good performance in the given measurement range with the error within 5%．Themeasurementerrors of the total flowrate and liquid flowrate arewithin 6%by using the modified Murdockmodel．Themeasurementerror of the gas flowrate is relatively larger possibly due to the small gasmass fraction．

double-cone flowmeter;air-water two-phase flow;flowrate;measurement;gas volume fraction

TH814，O359+．1

A

(編輯:張巧蕓)

1672-9897(2016)05-0067-07

10．11729/syltlx20160044

2016-03-19;

2016-05-12

*通信作者E-mail:dlxie@cjlu．edu．cn

An Y L，Xu Z P，Liu T J，et al．Experimentalstudy on flow rate measurement of air-water two phase flow by doub le-cone flowmeter．Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2016，30(5):67-73．安雅麗，徐志鵬，劉鐵軍，等．雙錐流量計氣水兩相流流量測量實驗研究．實驗流體力學(xué)，2016，30(5):67-73．

安雅麗(1992-)，女，甘肅蘭州人，碩士研究生。研究方向:氣液、固液兩相流。通信地址:浙江省杭州市江干區(qū)學(xué)源街258號(310018)。E-mail:anyali0103@foxmail．com