CN2405187Y - 涡街式气液两相流流量与组份测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气液两相流的流量与组份的测量装置。它由涡街发生体、压力传感器、旋涡检测器、压力信号处理器、旋涡信号处理器及单片机经电路连接构成,涡街发生体置于气液两相流中用于产生涡街。压力传感器安装于涡街发生体的迎流面上,旋涡检测器安置于涡街发生体的后面。本装置只需一个测量元件实现了对气液两相流的双参数测量,其结构简单,工作可靠,精度高。对环境条件要求宽松,可适合于工业现场在线检测。

Description

涡街式气液两相流流量与组份测量装置

本实用新型涉及一种气液两相流流量与组份的测量装置。

所谓气液两相流是指同时存在气、液两种相态的物质的流动。由于气液两相流中两相之间存在着界面效应和相对速度，相界面在时间和空间上都是随机可变的，致使其流动特性远比单相流复杂，特征参数也比单相流要多。气液两相流的流量与组份是气液两相流中的重要参数，对它们的测量也叫气液两相流的双参数测量。

由于气液两相流在自然界和工业过程中广泛存在着，对其参数的检测技术已经引起科技界和工程技术人员的广泛关注。并已成为当今测试技术领域内研究的热点和难点之一。人们已经做了大量工作，采用的技术路线大体可归为三大类：1.采用传统的单相流仪表和多相流测试模型组合方法；2.应用现代新技术；3.在成熟的硬件基础上以计算机技术为支撑平台，应用基于软测量技术的软测量方法。应用现代新技术方法测量，具有非接触性，精度高，但是装置比较复杂，价格昂贵，使用条件要求高，对测量现场要求苛刻，在工业现场在线应用会遇到许多困难。对于软技术测量方法的研究目前还处于起步阶段，它必须要有成熟的硬件支持，其设备价格也比较需贵，而且精度不高，适用范围较小。把成熟的单相流仪表应用到气液两相流参数的测量中去，一直是人们努力研究的方向之一。目前，采用单相流仪表测量气液两相流的双参数，均需要两个测量元件。例如，射线密度计与靶式流量计的组合(1.Anderson J.L.and Fincke J.R.Mass flow Measurement in air/water mixtures using devices and gamma densitome-ter.ISA Trana，1980，19(1)，19(1)：37-48。2.Han K-FF-L，Banerjrr S.Mea-surement of mass flux in two-phase flow using Combination of pitot tubes and gam-ma densitometer.AICHE J.1981，27：177-184.)，孔板与均速管的组合(3.付丰，利用孔板及均速管进行气(汽)液双相流双参数测量的研究，[博士论文]，上海机械学院，1990)，双孔板组合(林宗虎编著，气液固多相流测量，北京，中国计量出版社，1988)。这种测量计算仍然比较复杂。

本实用新型的目的在于提出一种结构简单、只需使用一个测量元件即可同时对气液两相流流量与组份进行测量的装置。

本实用新型设计的气液两相流流量与组份的测量装置，由涡街发生体、压力传感器、压电旋涡检测器、压力信号处理器、旋涡信号处理器及单片机经电路连接构成。其中，涡街发生体置于气液两相流中，当两相流体流过涡街发生体时，在其后部会产生涡街，同时，涡街发生体的迎流面还受到流体对它的冲击力。压力传感器安装于涡街发生体的迎流面上，用于检测流体对涡街发生体的冲击力F_Dm。压力信号处理器与压力传感器连接，用于接收、处理压力传感器检测到的F_Dm。压电旋涡检测器设置于涡街发生体的后面，用于检测所产生的涡街的频率f_t。旋涡信号处理器与压电旋涡检测器连接，用于接收、处理压电旋涡检测器检测到的f_t。压力信号处理器和旋涡信号处理器分别与单片机连接，单片机对上述信号进行计算处理，即可得到气液两相流的流量和组份两个参数。

本实用新型设计的测量装置只用了一个测量元件，即涡街发生体。为了测量和计算的方便，并确保测量的精度，涡街发生体采用准三角形柱体。该准三角形柱体的大小尺寸与被测量的气液两相流所在的管径大小相互匹配。

上述涡街发生体为准三角形柱体，其具体可采用如下结构形式：设有横截面为等腰三角形的直棱柱体，其顶角被与底边平行的刀削去一小块，形成一上底b和总高h，两底角被与对称轴平行的刀削去一小块，形成二边高c，和一下底w。这样，该柱体的截面为一个类似于等腰三角形的轴对称的六边形(如图1所示)。由于顶角和底角被削去的部分占整个等腰三角形面积的比例很小。因此，我们称其为准三角形柱体。一般地，上底b和下底w之比值为0.1-0.3，总高h与底边w之比值为0.8-1.5，边高c与底边w之比值为0.05-0.2。柱体的下底面积记为A(等于W×L，L为柱体长度)，由于下底面对着气液流的流入方向，我们称之为迎流面。

本装置中，涡街式气液两相流的流量与组份测量的基本算式如下： $F_{\mathrm{Dm}}=C_{\mathrm{Dm}}\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_m{u}_m^{2}A---\left(1\right)$ $S_t=\frac{f_t\mathrm{WA}}{Q_m}----\left(2\right)$

其中，F_Dm涡街发生体的迎流面受的冲击力；C_Dm平均阻力系数，ρ_m气液两相混合物密度(kg/m²)，u_m气液两相混合流速度(m/s)，A涡街发生体迎流面面积(m²)，S_t气液两相斯托拉赫数，f_t两相涡街频率(Hz)，W迎流面宽度，Q_m混合流流量。

在给定涡街发生体形状及规格的条件下，S_t和C_Dm可经统计计算获得。因此，本装置只要测出迎流面上受到的冲击力F_Dm和涡街的频率f_t，即可由上式算出气液两相混合流的流量Q_m和组份ρ_m，而此简单计算由单片机实现。

本实用新型实现了只用一个测量元件同时测出气液两相流的流量和组份两个参数，其结构简单，价格便宜。而且，装置无可动部件，工作可靠，能直接输出电信号，处理比较方便，测量精度高。本装置对于环境条件要求宽松，适合于工业现场的在线检测。

附图1为涡街发生体横截面图形。

附图2为本装置结构图示。

图中标号；1压电旋涡检测器，2涡街发生体，3压力传感器，4管壁，5旋涡信号处理器，6单片机，7压力信号处理器。

实施例：对应于直径为25mm的气液两相流管道，涡街发生体2采用准三角形柱体，其下底宽度W＝7mm，长度L＝24mm，高h＝9.2mm，上底宽度b＝1.5mm，边高c＝0.8mm。压力传感器3采用半导体硅压力传感器，旋涡检测器1采用常规的元件，旋涡信号处理器5和压力信号处理器7采用常规电路，并与单片机6进行电路连接，即得所需的气液两相流的流量和组份的测量装置。

Claims (2)

1.一种测量气液两相流流量和组份的装置，由涡街发生体、压力传感器、压电旋涡检测器、压力信号处理器、旋涡信号处理器及单片机经电路连接构成，其特征在于涡街发生体为准三角形柱体，其大小尺寸与管径大小匹配；压力传感器设置于涡街发生体的迎流面上，并与压力信号处理器连接；压电旋涡检测器设置于涡街发生体的后面，并与旋涡信号检测器连接；压力信号处理器与旋涡信号处理器分别与单片机连接，单片机对接收到信号进行计算处理。

2.根据权利要求1所述的测量气液两相流流量和组份的装置，其特征在于涡街发生体的横截面为一个类似于等腰三角形的轴对称六边形，其上底b与下底w之比值为0.1-0.3，总高h与下底w之比值为0.8-1.5，边高c与下底w之比值为0.05-0.2。

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