旋流型管壁取样分配器技术研究

论文摘要

气液两相流广泛存在于石油、化工、能源等许多工业领域。随着工业生产对计量、节能和控制等方面均提出了更高的要求,对两相流参数进行测量的需求也越来越迫切。但由于气液两相流体流动的复杂性,气液两相流在计量和分配方面很久以来一直是一个未能很好解决的问题,而旋流型管壁取样分配技术为解决这一问题提供了新思路。该技术目前已经取得了一定的研究成果,本文在以往研究的基础上,采用数值模拟和实验相结合,对分配器取样孔大小、位置、旋流器和整流器整体结构进行了自主设计,并对部分构件参数进行了优化,开展了对旋流型管壁取样分配器的更深入研究。利用Fluent模拟软件开展了气液两相流管壁小孔流场的二维数值模拟,得出了气液两相流管壁小孔不同孔径下的流场以及孔径不变入口气液流量改变对分配支管气液分流系数的影响,确定了取样孔径大小为5mm。设计整流器和旋流器,布置了3组用于测量环状流液膜厚度的实验装置,采用泄漏测量的方法研究其对流型的整改效果。得出取样孔最佳位置是距离整流器30mm处,确定了旋流器和整流器的正常工作范围:气相折算速度大于30.5m/s,液相折算速度大于0.08m/s。设计旋流型分配器取样装置,该装置由旋流器、整流器、分离器、计量设备等,详细研究了取样孔大小、入口气液流量与该取样装置分流系数的关系以及调节侧支管阻力大小对该旋流分配装置气液分流系数的影响,将气相分流系数计算值与实测值进行对比。在本实验范围内利用分流分相法测得的液相流量最大测量相对误差为20.35%,气相流量的最大测量误差为20.94%。实验当中出现的流型包括分层流、波浪流和段塞流。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 多相流量测量研究进展
• 1.2.2 分配器结构研究进展
• 1.2.3 存在问题
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 实验系统
• 2.1 实验系统
• 2.1.1 实验环道
• 2.1.2 整改前实验流程
• 2.1.3 整改后实验流程
• 2.1.4 数据采集与处理
• 2.2 实验装置设计
• 2.3 实验方法
• 2.4 实验内容
• 2.5 实验参数范围和介质物性
• 2.5.1 实验参数范围
• 2.5.2 介质物性
• 2.5.3 实验结果处理基本参数与方程
• 2.6 小结
• 第三章 气液两相流管壁小孔取样特性数值模拟
• 3.1 多相流模型及其适用条件
• 3.1.1 VOF 模型
• 3.1.2 混合模型
• 3.1.3 欧拉模型
• 3.2 该问题的模型选择
• 3.3 数学模型的建立
• 3.3.1 质量守恒方程
• 3.3.2 动量守恒方程
• 3.3.3 能量守恒方程
• 3.3.4 湍流模型
• 3.4 分配器的网格划分及边界条件
• 3.4.1 分配管网格划分
• 3.4.2 分配管模拟中采用的介质
• 3.4.3 分配管模拟的边界条件
• 3.5 计算结果分析
• 3.5.1 入口流量改变对分配支管气液分流系数影响
• 3.5.2 支管管径改变对分配管流场的影响
• 3.6 小结
• 第四章 分配器整流效果特性分析
• 4.1 旋流器和整流器的设计
• 4.1.1 旋流叶片结构
• 4.1.2 整流器结构
• 4.2 整流装置前后流型的变化
• 4.3 取样孔的选取与布置
• 4.4 整改后形成的液膜在管截面的分布规律
• 4.5 形成环状流的条件分析
• 4.6 小结
• 第五章 旋流管壁八孔取样分配特性分析
• 5.1 旋流型管壁八孔取样分配器结构
• 5.2 分流系数理论计算分析
• 5.2.1 液相分流系数
• 5.2.2 气相分流系数
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 液相分流系数特性分析
• 5.3.2 气相分流系数特性分析
• 5.4 流量测量结果
• 1L与实测值M_1L 的比较'>5.4.1 分流分相测M_1L与实测值M_1L的比较
• 1G与实测值M_1G 的比较'>5.4.2 分流分相测M_1G与实测值M_1G的比较
• 5.5 分流回路有阻与无阻分流系数的变化
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 存在的问题及下一步研究方案
• 主要符号表
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢