探针测量多相流持液率

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1、探针法测量多相流相分率摘要:在多相流工艺计算中，相分率是多相流中一个非常重要的参数。准确预测和测量相分率，对于多相混输管道的流量测量、工艺计算和优化运行具有重要意义。本文综述了近年来国内外多相流相分率测量技术的研究进展，介绍了几种主要的相分率测量方法的原理和发展情况。介绍了有关学者提出的计算多相流中持液率和空隙率的多种预测模型及其相关的检测方法和设备，并详细分析了各种方法的特点及其应用情况。关键词：探针，多相流，相分率，检测方法1.引言相分率是研究多相管流的重要课题，也是实现多相流计量的重要参量，它对

2、生产过程工艺优化、流量测量及控制具有重要意义.相分率是多相流系统的一个重要参数，是确定多相流分相流量、求取多相流混合物平均密度、计算压力梯度、分析管内流动状况等的关键依据。然而，由于多相流系统的特殊性和复杂性，目前行之有效的检测技术还很缺乏，现有的气液多相流相分率测量技术还难以满足机理研究、工程设计、状态监控和可靠运行等日益增长的需求因此，研究气液多相流相分率测量技术具有重要的学术意义和工业实际应用价值。多相流的电导信号蕴含了丰富的两相流体流动信息，基于电导检测技术进行多相流相分率测量的研究已有相当的

3、历史。同时，由于相应的测量系统还具有结构简单、成本低和实时性能佳等优点，因此，基于电导检测技术进行气液两相流参数测量一直是两相/多相流检测领域研究发展的重要方向之一。经国内外众多研究人员长期努力，该方面的研究工作目前已取得了不少有益的进展，相应的测量系统已从早期的单组或多组电导电极探针式测量发展为以电阻层析成像技术为代表的多电极阵列式测量[1]。2.多相流相分率的测量方法由于多相流的特殊性和复杂性，相分率的计算方法在很大程度上都与管内的流动状态以及两相流的介质有关，而且各种计算方法都是基于各自的假设条

4、件提出来的，所以计算结果之间相差较大，因此在具体应用时要根据实际的对象和要求选用合适的相分率计算式。但在实际流动过程中这些相分率计算公式中的各参数一般是未知的或者是需要实际测量的，因而限制了计算法的实际应用。常用的相分率测量方法主要有模型预测法、快关阀法、射线法、光学法、热学法、微波法、核磁共振法、电学法以及过程层析成像法等。（1）模型预测法相分率模型预测法的研究已有相当的历史。相分率的模型预测法主要分为以下两种:一种是基于实验数据，釆用回归分析方法建立相分率与两相流的压力、流速、密度等参数之间的关系

5、式，即实验整理法；另一种是基于一定的假设，直接利用两相流基本方程进行理论推导来获得相分率的计算式，即理论计算法。Martinelli和Nelson等人釆用实验整理的方法对饱和蒸汽—饱和水两相流的实验数据进行了分析，获得了平均空隙率与质量含气率之间的关系式[2]。Bankoff针对均相流动体系，假设局部处的气相速度与液相速度相等，且流通截面上的速度分布与空隙率分布服从指数规律，获得了气液两相流的平均空隙率计算模型[3]。在Bankoff的基础上，Zuber等人提出了把速度分布、空隙率分布以及气液相对速度

6、全部考虑进去的计算模型[4]。Zivi、Smith针对流型为环状喷雾流的气液两相流进行了研究并建立了空隙率计算模型。[5]相分率的模型预测方法在理论研究上具有重要的价值，但在实际应用过程中通常受到很大限制。由于模型预测法通常基于一定的假设条件，而且各个方法假设条件均有所不同，因此所提出的相分率模型或计算式各不相同，其适用范围也存在很大差别。同时，在使用时还需预知预测模型或计算式中的各个参数，这些参数在实际应用中通常与相分率一样难以获取。因此，相分率的模型预测方法还未能在实际测量过程中广泛应用。[6]（

7、2）快关阀法快关阀是直接测量分相分率的一个最常用的方法。在气液两相流实验测试管段的两端安装两个能同时动作的快关阀，当两相混合流体的流动到达稳定状态时，同时关闭这两个阀门，并通过气液分离求出两阀门间的体积平均相分率。快关阀法简单准确有效，是目前实验室两相流相分率测量研究的主要标定方法，主要缺点在于测量时要切断流体的正常流动，因此不能进行在线实时测量，同时也不适合在实际工业生产过程中应用。[7]（3）射线法[8]射线法为目前研究和使用较多的两相流相分率测量方法之一。基于射线法测量相分率的基本原理为：当射线

8、通过气液两相混合介质时，因介质的吸收会导致射线强度发生衰减，且衰减的程度与气液两相混合介质的相分率有一定关系，通过检测射线穿过两相介质前后的福射强度变化，即可获得气液两相介质分布的信息。利用射线法测量相分率时，相分率α与穿过两相介质的射线福射强度之间满足如下关系式:（1）式中，I为当管道内为气液两相流时，射线穿过两相混合介质后的福射强度，Ig、Il为当管道内分别充满气相和液相时射线穿过后的福射强度。射线法比较适合于稳态流动下的相分率测量,且测量时可以不干