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質(zhì)量流量計(jì)在氣液兩相測(cè)量中的應(yīng)用分析
質(zhì)量流量計(jì)在氣液兩相測(cè)量中的應(yīng)用分析
隨著社會(huì)的發(fā)展,人們的生活對(duì)流體的應(yīng)用愈益廣泛,尤其是工業(yè)界越來(lái)越多的生產(chǎn)需要檢測(cè)和控制流體(包括氣體和液體等)的物理參數(shù)。本文分析了幾種典型流體的流量測(cè)量方法,并對(duì)科氏質(zhì)量流量計(jì)基本原理和應(yīng)用進(jìn)行了闡述。
1常見流體的測(cè)量方法
1.1氣體流量的測(cè)量方法
需要測(cè)量流量的氣體種類繁多,其測(cè)量的儀器儀表也有很大的差別。以天然氣流量的測(cè)量為例:目前,國(guó)際天然氣貿(mào)易計(jì)量分為體積計(jì)量、質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量3種,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量?jī)煞N方法都在使用,而我國(guó)目前基本上以體積計(jì)量為主。
1.2液體流量的測(cè)量方法
常見的液體有水、石油、液化氣體等。水流量的測(cè)量難度不高,不同原理的流量計(jì)大多數(shù)都可以測(cè)量水的容量,但也不是隨便裝一臺(tái)就肯定能用好的。這是因?yàn)樗臐崈舫潭炔煌黧w工況條件各異,流量測(cè)量的范圍就會(huì)出現(xiàn)懸殊;石油具有一定的黏稠度,因此不同黏度的石油產(chǎn)品所選擇的計(jì)量?jī)x器不同,高黏度油品如原油、重油、渣油,為了便于輸送,往往被加熱到較高的溫度。流體中含有固態(tài)雜質(zhì),測(cè)量前還需要過濾;液化氣體屬于高飽和蒸氣壓液體,測(cè)量時(shí)必須考慮氣化的問題,因此使用的流量計(jì)也比較特殊,如渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、容積式流量計(jì)、科氏質(zhì)量流量計(jì)等。
1.3氣液多相流體的測(cè)量方法
氣液兩相流體的流量測(cè)量從制造商的資料可看出,有幾種儀表可用來(lái)測(cè)量離散相濃度不高的兩相流體的流量,在實(shí)際應(yīng)用中也有一些成功應(yīng)用的實(shí)例,但目前使用的流量計(jì)都是在單相流動(dòng)狀態(tài)下評(píng)定其測(cè)量性能,現(xiàn)在還沒有以單相流標(biāo)定的流量計(jì)用來(lái)測(cè)量?jī)上嗔鲿r(shí)系統(tǒng)變化的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),因此這樣的應(yīng)用究竟帶來(lái)多大的誤差還不很清楚,僅有一些零星的數(shù)據(jù)和一些定性的分析。常用的氣液兩相流量測(cè)量?jī)x器有:電磁流量計(jì)、科氏力質(zhì)量流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。
1.4科氏質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理
1.4.1科氏力的形成
由科氏加速度作用產(chǎn)生科氏力。該加速度是法國(guó)工程師科里奧利斯在研究水輪機(jī)的機(jī)械理論時(shí)發(fā)現(xiàn)的??剖狭Γ菍?duì)旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)由于慣性相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)的偏移的一種描述,科里奧利力來(lái)自于物體運(yùn)動(dòng)所具有的慣性。
在旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),由于慣性,有沿著原有運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),但是由于體系本身是旋轉(zhuǎn)的,在經(jīng)歷了一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后,體系中質(zhì)點(diǎn)的位置會(huì)有所變化,而它原有的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向,如果以旋轉(zhuǎn)體系的視角去觀察,就會(huì)發(fā)生一定程度的偏離。
當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于慣性系做直線運(yùn)動(dòng)時(shí),相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系,其軌跡是一條曲線。立足于旋轉(zhuǎn)體系,我們認(rèn)為有一個(gè)力驅(qū)使質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡形成曲線, 這個(gè)力就是科里奧利力。
科里奧利力的計(jì)算公式為:
式中F為科里奧利力;m為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量;Vr為相對(duì)于靜止參考系質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度(矢量);ω為旋轉(zhuǎn)體系的角速度(矢量);×表示兩個(gè)向量的外積符號(hào)。
1.4.2彎管流量計(jì)的原理
原理上,當(dāng)被測(cè)介質(zhì)通過振動(dòng)的測(cè)量管道時(shí),科氏力能直接用于質(zhì)量流量的測(cè)量。測(cè)量管道經(jīng)常呈U形如圖所示。管道用剛性固定件支撐,并經(jīng)激勵(lì)器E沿A-A'軸產(chǎn)生振動(dòng),形成沿該軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)參考系統(tǒng)。如果在入口段觀察一小團(tuán)流體,那么它的質(zhì)量元流出固定端。該質(zhì)量元隨管道半徑逐漸增大而作圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)。當(dāng)彎管向上運(yùn)動(dòng)時(shí),形成一個(gè)方向朝下的科氏力。同時(shí),觀察出口段的狀態(tài),質(zhì)量元流入固定端。同樣產(chǎn)生一個(gè)方向朝上的科氏力。由于對(duì)稱的配置在兩邊呈現(xiàn)出相同數(shù)值但不同符號(hào)的科氏力。在流體流動(dòng)時(shí),由于力矩的作用,導(dǎo)致測(cè)量管道沿B-B'軸產(chǎn)生一個(gè)附加的扭曲運(yùn)動(dòng)。在入口段和出口段分別安裝傳感器S1和S2檢測(cè)管道沿A-A'和 B-B'軸的位移量。信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí)間差事管道扭曲的檢測(cè)量,它與通過管道的質(zhì)量流量成正比。
更新更新時(shí)間:2022-10-19
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