流量測量研究論文范文

流量測量研究論文范文第1篇

1 系統整體方案*

針對管道流體的熱流量測量問題并結合模擬背景環境, 設計的測試平臺如圖1所示。

在該系統中, 循環池中充滿液體, 利用水泵使整個管道內的液體流動, 提供實驗測試環境。熱式質量流量計一般用于測量氣體, 少數環境下測量微小液體流量, 在該測試系統中, 首次用來測量大管道液體流量, 本測量方法和測量裝置的機械結構都與以往不同, 對于該領域的研究具有突破性的意義。

2 測量裝置的設計

在整個測試系統中, 最關鍵的部分就是圖1中的傳感器測量裝置, 為了確定實驗裝置的具體幾何尺寸, 要考慮整個溫度測量環節的熱傳導過程, 根據傅立葉傳熱定律計算熱量 (本課題主要用到了通過單層圓筒壁的熱傳導, 如圖2所示) , 通過計算求得測量裝置的具體尺寸, 最后加工成本方案專用的測量器件。

邊界條件:r=r1時, t=t1;r=r2時, t=t2。

設λ不隨t而變, 則:

式中Q———熱流量或傳熱速率, W;

r1, r2———圓筒壁內外半徑, m;

t1, t2———圓筒壁兩側的溫度, ℃;

λ———導熱系數, W/ (m·℃) 。

根據實驗要求假設加熱功率為20W, 選定特定的金屬固件則λ查表已知, 設想將加熱絲纏繞在金屬固件上, 然后將該金屬固件固定在管道上, 通過給加熱絲加熱使熱量傳遞到金屬固件, 然后到管道, 最后熱量傳遞給管道內的流體[3], 經過分析計算該過程的熱量傳遞, 設計出具體的機械尺寸, 如圖3所示。

3 設計思路

選定相關的測溫元器件并設計具體的測溫電路, 將采集到的溫差信號進行放大后接入到PID控制電路中。采用基于金氏定律的熱式流量計恒溫差測量法, 通過調整加熱電路的熱功率, 控制溫差信號始終不變[4], 系統硬件電路主要組成有:高精度電流源電路、電橋測溫電路、溫度差信號放大電路、PID控制電路和恒流源加熱電路, 如圖4所示。

4 結束語

管道流量的檢測和控制在工業生產、科學研究以及人們的日常生活中, 都是極為重要的課題, 而流量測量則是進行流量計量、調節與控制的先決條件。筆者通過搭建模擬實驗環境, 對利用熱式質量流量計的測量方法進行驗證的同時, 達到測量大管徑熱流量的目的。

參考文獻

[1]蔡武昌, 孫淮清, 紀綱.流量測量方法和儀表的選用[M].北京:化學工業出版社, 2001.

[2]周萬云.基于傳熱原理的流量測量研究分析[D].保定:華北電力大學, 2008.

[3]祝海林, 鄒旻.管外加熱式流量測量方法[J].實用測試技術, 1995, (4) :28~30.

流量測量研究論文范文第2篇

1 系統總體方案

鉆井液中混雜著泥沙、石塊等固態物質, 成分復雜, 流動特性不穩定, 不能使用接觸式流量計對流量進行精確測量。為此, 采用謝才公式法對流體進行分析研究, 通過測量管道坡度H、管道長度L、管道半徑r、管內壁粗糙度n、液體在管道內的液面高度h等參數, 計算得出管道內的流體流量。在現場應用中, 管道長度、管道半徑、管道坡度、管道內壁粗糙度等這幾個參數屬于常量, 因此, 只要能測得液體在管內高度這一變量, 就能測得液體在管內的流量?；谏鲜龇治? 筆者提出了如圖1所示測量方案。本方案用超聲波傳感器測量管內液位高度, 通過計算機軟件實現傳感器數據的讀取和計算, 實現對鉆井液出口流量的精確測量, 圖中H是管端高度差, L是管的長度。

2 系統原理

鉆井液從井口經過管道流入泥漿池, 流入管道時屬于溢流狀態, 流入速度可以假設為零, 流體在管內能夠流動的能量, 來自于重力勢能, 因此可以適用明流渠 (短管道) 流體的方法來分析。在管道內流體的流動存在沿程損失hf和局部損失hw, 工程界習慣采用謝才經驗公式計算沿程水頭損失。謝才公式是法國工程師謝才 (A.de Chézy) 在1769年對明渠均勻流進行研究得出的斷面平均流速v與水力坡度的經驗公式。其公式為:

式中v為斷面平均流速 (m/s) ;R=A/PW為水力半徑 (m) , A為過水斷面面積, Pw為濕周 (水流與固體邊界接觸部分的周長) ;J=hf/L為水力坡度, hf為流段L內的沿程水頭損失;C為謝才系數 (m/s) 。以上公式可推導出謝才公式的另一形式為:

該公式與達西———維斯巴赫公式相對照, 可得謝才系數C與沿程水頭損失系數λ的關系為 (g為重力加速度) 。雖然謝才系數C與λ有關, 但是C無須由λ推求, 它有自己的經驗公式。常用的謝才系數C的經驗公式有曼寧公式和巴普洛夫斯基公式。

曼寧公式 (R.Manning) 為:

R為水力半徑;n為衡量壁面粗糙情況的綜合性系數, 稱為糙率或粗糙系數。

巴普洛夫斯基公式為:

式中R和n的意義與曼寧公式相同, y的值由公式計算確定。巴普洛夫斯基公式的使用條件為:0.1m≤R≤3.0m, 0.011≤n≤0.04, 鉆井工程現場的鉆井液流動管道絕大多數符合這一使用條件。一般情況下, 當R<1.0m時, y的取值公式可近似看作;當R>1.0m時, y的取值公式可近似看作。

對于一般管道和人工渠道, 糙率n主要決定于壁面粗糙突起物的大小、形狀和分布, 應經實測并計算確定.計算公式為:

對于均勻流, 測出某一流段的R、J、v值, 即可確定該流段的n值。對于緩變非均勻流, n值可用流段的R、J、v的平均值來確定。

采用謝才———曼寧經驗公式計算流量的公式為:

式中:K為校正系數;C為管道的謝才系數;A為過流面積;T為計時時間, R為水力半徑;J為水力坡度。

如果高架槽的內壁管徑為r, 流體在管內的高度為h, 管內壁粗糙度為n, 管子入口高度為H1, 出口高度為H2, 管長為L, 則流量公式為:

式中:Sh=arcos[ (h-r) /r]r2+ (h-r) √[r2- (h-r) 2]表示流體的截面積;Ch= (2r-h) , 為管壁濕周[1,2,3,4,5]。

3 數據分析

現場應用中, 測得管道半徑R=12cm, 管道高度差H1-H2=4m, 管道長度L=15m, 管道內壁粗糙度n=0.044, 時間T=60s, 根據流量公式計算出流量及其對應的相關參數值如表1所示。

由表1數據得到各參數曲線關系如圖2所示:

從上面的分析可以得出結論:流體的流量Q和液面高度h成近似的線性關系。

由于流體性質的變化, 比如黏稠度的增大, 會使得流體的速度減緩, 而此時造成的現象就是流體擁堵, 液面高度的增大。數據分析顯示, 液面高度增大到半管附近值后, 流體速度減小。流速的減小, 造成單位時間內的流量減小, 但由于流體的截面積也隨之增大, 從而又使得流體單位時間內流量變大。最終的變化結果, 使流量的變化還是隨著流體高度的變化近似線性變化[6]。

4 結語

通過上面的理論數據分析, 我們發現流量Q和液面高度h成近似的線性關系。該方案避開了密度的參數測量、溫度的影響及高架槽內流體的不穩定性等因素, 通過準確測量流體高度h和管壁的粗糙度n, 用公式準確計算出流體流量Q。

在鉆井工程中, 我們能夠根據泥漿泵參數準確計算出流體的入口流量, 因此可以用入口流量的值對出口流量進行線性校正, 得到校正系數K, 從而實現精準的鉆井液出口流量的測量。這種測量方式避開了對鉆井液本身的物理特性變化和流體流動復雜性的研究, 為鉆井液出口流量精確測量找到一種新的方法, 為鉆井工程師及時發現井涌、井漏提供了技術支持。

參考文獻

[1]清華大學水力學教研組.水力學[M].北京:人民教育出版社, 1980.

[2]天津大學水力學及水文學教研室.水力學[M].北京:人民教育出版社, 1975.

[3]何文學.水力學[M].北京:中國水利水電出版社, 2013.

[4]日本機械學會.機械技術手冊[K].北京:機械工業出版社, 1984.

[5]李家星趙振興.水力學[M].南京:河海大學出版社, 2001.

流量測量研究論文范文第3篇

預旋冷卻系統在燃氣渦輪二次冷卻系統中有非常重要的地位。冷卻氣流從壓氣機中引出,在進入渦輪高壓旋轉葉片前,通常要經過預旋系統的冷卻降溫,以便更好的冷卻渦輪盤以及渦輪葉片。

預旋系統使冷卻氣流產生一個橫切向分速度,這個速度與渦輪轉盤轉動方向一致。由于:

其中,T*、T*W、T分別為氣流的絕對總溫、相對于轉盤的總溫、靜溫,V、W分別為氣流的絕對速度和相對于轉盤的速度,下標φ表示橫切向分速度,ΔT為預旋所帶來的溫降。因此,通過預旋降低了冷卻氣流和渦輪轉盤的相對速度,從而降低了冷氣和轉盤的相對總溫,提高相對溫降ΔT,同時預旋系統還可以降低冷卻氣流對渦輪轉盤的阻力。

在預旋系統內,主要的流動阻力發生在預旋噴嘴內[1],而流量系數是對阻力的一個主要的表征量,所以對預旋噴嘴流量系數的研究對提高整個系統的性能有極大的幫助。過去人們對預旋噴嘴對整個預旋系統影響的研究主要在噴嘴孔的位置以及形狀對預旋系統的冷卻效率和壓力,流量損失的影響上。如:Paul Lewis等[2]研究了預選噴嘴的位置對預旋系統的影響,表明冷卻效率將會隨著rp/rb(rp和rb分別為預旋孔和接收孔距轉軸的距離)的提高而提高。Bricaud C等[3]研究了預旋系統的幾何結構(包括預旋孔和接收孔的形狀和大小,預旋腔的形狀和大小),得出結論:除了預旋噴嘴的幾何形狀,其進出口壓比是影響其流量系數的最重要因素。渦輪盤轉速,預旋腔的尺寸以及預旋噴嘴孔的數量對預旋噴嘴的流量系數沒有明顯的影響。Umesh Javiya等[4]在一個單獨的靜腔系統中詳細研究了3種不同形狀的預旋噴嘴孔的結構形狀(普通直孔式的,空氣動力形狀式的,葉柵式的),通過數值計算比較了他們在不同壓比下流量系數、速度系數和相對溫降?，F主要對預旋角度(冷卻氣流與靜盤法向夾角),長徑比,擴張面積比(進氣面積與出氣面積的比)等不同的預旋噴嘴的設計參數在不同進出氣壓比下對預旋噴嘴流量系數的影響進行了實驗研究,并通過對實驗誤差的分析來驗證實驗數據的準確性。

2 實驗裝置

本文所研究的測量預旋噴嘴流量系數的實驗裝置是一個單獨的靜腔系統,如圖1所示。

整個預旋系統由3部分組成:進氣腔,出氣腔和噴嘴面板。噴嘴面板沿中心分布5個噴嘴孔,孔間距均為50 mm,孔直徑均為8 mm。在中心噴嘴孔處對稱打有2個直徑為1.5 mm的測壓孔,用于測量噴嘴出口靜壓,噴嘴出口靜壓取兩個測壓孔的平均值,測壓孔距預旋孔中心距離為5.5 mm。

圖2顯示了預旋噴嘴的主要參數(其中L1/L=1/2),本文主要通過改變預旋角度θ,長徑比L/D,擴張面積比A1/A來研究其對預旋噴嘴流量系數的影響。主要研究θ=30°、25°、20°、15°,L/D=4∶1、1.75∶1,A1/A=1∶1、2∶1、4∶1(即D1/D=1∶1、3 實驗測量參數

預旋噴嘴的阻力損失是通過流量系數來表示的,流量系數定義為實際質量流量與理想質量流量之比:

$C{}_D=Q{}_{mS}/Q{}_i(3)$

由工程熱力學[5]知識可知:理想質量流量

$Q{}_i=p{}_{0}A{}_p\sqrt{\frac{2k}{k-1}\frac{1}{Rg{\rm T}{}_s}\left[\left(\frac{p{}_1}{p{}_0}\right){}^{\frac{2}{k}}-\left(\frac{p{}_1}{p{}_0}\right){}^{\frac{k+1}{k}}\right]}(4)$

實際質量流量由流量計讀數流量修正而來:

$\begin{array}{l}Q{}_S=Q{}_{{\rm N}}\sqrt{\frac{p{}_{{\rm N}}{\rm T}{}_S}{p{}_S{\rm T}{}_{{\rm N}}}}(5)\\ Q{}_{mS}=Q{}_S\rho {}_S=Q{}_{{\rm N}}\sqrt{\frac{p{}_{{\rm N}}p{}_S}{R{}_g^2{\rm T}{}_{{\rm N}}{\rm T}{}_S}}(6)\end{array}$

其中pN和TN分別為標準狀態下空氣壓力和溫度(pN=101 325 Pa, TN=293.15 K),pS、p0、p1分別為流量計壓力、噴嘴進口總壓、噴嘴出口總壓,TS為氣流溫度,QS和QmS為經過修正后氣流在pS、TS狀態下的體積流量和質量流量,k為空氣的定熵指數,Rg為氣體常數,Ap為預旋噴嘴面積,QN為流量計讀數。實驗需要測量的數據有p1、pS、p0、TS、QN,其中用 U形管測量p1、pS與室內氣壓的壓差得到p1、pS,p0由壓力表直接測量得到,TS用熱電偶測量其與室內溫差得到,溫差由高精度數值萬用表顯示,QN用流量計測量得到。

4 實驗結果分析

圖3顯示了非擴張噴嘴流量系數隨壓比變化的情況?？梢钥闯?總體趨勢是流量系數隨著壓比的增加而增加,同時隨著預旋角度的增加流量系數也隨之增加,但增加的幅度較小。

對于擴張噴嘴,流量系數同樣隨著壓比的增加而線性增加,但預旋角度對流量系數的影響卻出現了與非擴張噴嘴不一樣的情況。在擴張噴嘴,流量系數隨著預旋角度的減小,出現先增加后減小的趨勢。由實際實驗所測量的數據,在壓比1.8時30°預旋噴嘴的流量系數約為0.75,此時25°預旋噴嘴的流量系數為0.918,大了約2%。25°預旋噴嘴的流量系數反而要大于30°的。

比較圖3、圖4還可以看出,在預旋角度,壓比相同的情況下,擴張噴嘴的流量系數要遠大于非擴張的。對比具體測量值,擴張比4:1的30°、25°、20°預旋噴嘴的平均流量系數比相應的非擴張噴嘴的平均流量系數分別大了約24.7%、26.4%、24.4%,擴張比2:1的15°預旋噴嘴的流量系數比相應的非擴張噴嘴的流量系數大了約21.5%。這也說明隨著擴張面積比的增加,流量系數也逐漸增加,但增加幅度較小。

長徑比越大,流量的沿程損失也就越大,流量系數也就越小,圖5以30°非擴張預旋噴嘴為例顯示了長徑比對流量系數的影響。長徑比4:1的板流量系數要遠小于長徑比1.75:1的板,流量系數平均約小了9.7%。

5 實驗誤差分析以及數據可信度驗證

在任何實驗中,實驗誤差都不可避免。以一組預旋噴嘴流量系數的數據為例,對實驗中的實驗誤差進行了分析與處理。

圖6為預旋角度30°,長徑比4∶1,擴張比4∶1的噴嘴面板的流量系數的實驗測量與三維數值計算數據的比較。從圖6的數值計算數據以及圖4中流量系數隨壓比的整體變化趨勢可以得知,流量系數隨壓比的增加應線性增加,但從圖6的實驗數據可以看出,在壓比1.2左右,流量系數出現了明顯的偏高,這應該是因為壓氣機供氣不穩定造成的系統誤差。此外,在實驗過程中,各測量儀器本身的精度以及實驗過程中測量人員對實驗器材造成的影響都會都使實驗結果產生誤差,因此,需要對實驗的誤差進行分析和處理,來驗證實驗結果的可信度。

流量系數測量誤差由直接測量參數的誤差通過誤差傳遞公式來確定,誤差傳遞公式[6]為:

$\text{d}y=\sqrt{\left(\frac{\partial y}{\partial x{}_1}\text{d}x{}_1\right){}^2+\left(\frac{\partial y}{\partial x{}_2}\text{d}x{}_2\right){}^2+?+\left(\frac{\partial y}{\partial x{}_m}\text{d}x{}_m\right){}^2}$ (7)

$\begin{array}{l}\frac{\text{d}y}{y}=\\ \sqrt{\left(\frac{x{}_1}{y}\frac{\partial y}{\partial x{}_1}\frac{\text{d}x{}_1}{x{}_1}\right){}^2+\left(\frac{x{}_2}{y}\frac{\partial y}{\partial x{}_2}\frac{\text{d}x{}_2}{x{}_2}\right){}^2+?+\left(\frac{x{}_m}{y}\frac{\partial y}{\partial x{}_m}\frac{\text{d}x{}_m}{x{}_m}\right){}^2}(8)\end{array}$

5.1系統誤差的消除

系統誤差是由測量方法、測量系統以及環境條件所引起的誤差。在本實驗中,造成系統誤差的因素有:高精度數值萬用表和壓力表的讀數誤差,氣罐供氣不穩定造成的壓力表和流量計浮動誤差等等。

實驗用熱電偶為鎳鉻-鎳硅熱電偶,變化約電勢每0.04 mV為1 ℃。熱電偶在事先經過精確校正。實驗氣流與室內空氣差由高精度數值萬用表測量。高精度數字萬用表對外界影響極為敏感,在測量過程中由于人體來回移動而產生的風會對其測量造成一定的讀數浮動,而且壓力表在測量過程中因為室內大氣壓的輕微變化也會有小幅度的讀數浮動。在實驗過程中,高精度數字萬用表和壓力表等儀表的系統誤差都是比較小的,而且在儀器儀表的精度標定中就包含有其系統誤差和隨機誤差,因此,認為高精度數值萬用表和壓力表的系統誤差在實驗中基本得到消除或者已經與隨機誤差一起考慮。

實驗所通氣流是先由壓氣機將外界空氣壓入氣罐中,再通過閥門控制氣罐通過管道供氣給室內的試驗臺,壓氣機在將氣罐內空氣壓到一定壓力后時會自動停止,而氣罐內的壓力在隨著不停的向試驗臺供氣會不斷的下降,當壓力下降到一定壓力后,壓氣機會重新向氣罐供氣,提高氣罐內空氣壓力。因此在實驗過程中,壓力表以及流量計可能會因為氣罐內壓力不穩定會出現較大浮動。在實驗過程中,壓力表的浮動范圍為±1 kpa,流量計的浮動范圍為±1.5 m3/h。圖6中壓比1.2處流量系數偏高就是由于氣罐壓力不穩定所造成的。在壓比1.2處,壓力表的實際讀數約為120 kpa左右,流量計得實際讀數約為120 m3/h左右,因此在壓比1.2處壓力表的最大浮動的相對誤差為$\frac{\Delta {\rm P}{}_0\text{'}}{{\rm P}{}_0}{}_{\text{Μ}\text{A}\text{X}}=\frac{\pm 1}{120}=\pm 0.833\%$,流量計浮動的相對誤差$\frac{\Delta Q{}_{{\rm N}}\text{'}}{Q{}_{{\rm N}}}{}_{\text{Μ}\text{A}\text{X}}=\frac{\pm 1.5}{120}=\pm 1.25\%$。

5.2隨機誤差的處理

由于試驗臺設計以及加工精度都比較高,故試驗臺的設計加工精度誤差忽略不計。儀表精度有:壓力表測量精度±1%;高精度數字萬用表測量精度±1%;流量計測量精度±1.5%;U形管得最小刻度為10 Pa,而出口靜壓的一般在100 kpa,故U形管的精度誤差為$\frac{\pm 10}{100000}=\pm 0.01\%$。由此可知預旋噴嘴進口壓力相對誤差

$\frac{\text{Δ}p{}_0}{p{}_0}{}_{\text{Μ}\text{A}\text{X}}=\pm 1\%(9)$

流量計壓力相對誤差

$\frac{\text{Δ}p{}_S}{p{}_S}{}_{\text{Μ}\text{A}\text{X}}=\pm 0.01\%(10)$

預旋噴嘴出口壓力相對誤差

$\frac{\text{Δ}p{}_1}{p{}_1}{}_{\text{Μ}\text{A}\text{X}}=\pm 0.01\%(11)$

流量計測量相對誤差

$\frac{\text{Δ}Q{}_{{\rm N}}}{Q}{}_{\text{Μ}\text{A}\text{X}}=\pm 1.5\%(12)$

氣流溫度測量相對誤差

$\frac{\text{Δ}{\rm T}{}_S}{{\rm T}{}_S}{}_{\text{Μ}\text{A}\text{X}}=\pm 1\%(13)$

5.3實驗數據可信度的驗證

將誤差式(9)、式(10)—式(13)、代入式(8)得到預旋角度30°,長徑比4:1,擴張比4:1的噴嘴面板的流量系數的整體最大相對隨機誤差為:

$\begin{array}{l}\left|\frac{\Delta C{}_D}{C{}_D}\right|=\\ \sqrt{\left(\frac{\Delta Q}{Q}\right){}^2+\left(\frac{\Delta {\rm T}{}_S}{{\rm T}{}_S}\right){}^2+\left(\frac{\Delta {\rm P}{}_S}{{\rm P}{}_S}\right){}^2+\left(\frac{\Delta {\rm P}{}_0}{{\rm P}{}_0}\right){}^2+\left(\frac{\Delta {\rm P}{}_1}{{\rm P}{}_1}\right){}^2}=\\ 2.06\%(14)\end{array}$

由此可知,系統的最大隨機誤差并不是很大,以本實驗的測量手段以及儀器精度而言,是可以接受的。

在壓比1.2時由于氣流供氣不穩定所造成的最大相對系統誤差:

$\left|\frac{\Delta C{}_D}{C{}_D}\right|=\sqrt{\left(\frac{\Delta Q{}_{{\rm N}}\text{'}}{Q{}_{{\rm N}}}\right){}^2+\left(\frac{\Delta {\rm P}{}_0\text{'}}{{\rm P}{}_0}\right){}^2}=1.50\%(15)$

將壓比1.2處由于系統誤差造成的影響消除,并對實驗進行重復性驗證的結果如圖7所示。

由圖7可以看出,2次重復性驗證實驗所得的流量系數數據與原數據都較為接近,最大的偏差出現在壓比1.1附近,由實際實驗測量數據的具體數值得出在此處,流量系數的相對誤差為$\left|\frac{\Delta C{}_D}{C{}_D}\right|=1.16\%$,在式(14)所計算得出的最大相對隨機誤差范圍以內。因此,整個實驗數據是可靠的。

6 結 論

(1)從整體上看,實驗數據與數值計算數據較為接近,趨勢也一樣。系統誤差是造成某些數據偏高或偏低的主要因素。最大相對隨機誤差較小,而通過對實驗進行重復性驗證得出實驗的相對隨機誤差都在最大隨機誤差范圍以內,實驗結果較為可靠。

(2)對于非擴張噴嘴,冷卻氣體通過預旋噴嘴的流量系數隨著壓比的增加線性增加,隨著預旋角度的減小而減少。其中壓比的影響較為明顯,而預旋角度的影響則較小。

(3)對于擴張噴嘴,冷卻氣體通過預旋噴嘴的流量系數隨著壓比的增加線性增加,但隨著預旋角度的減小卻出現先增加后減小的情況。與非擴張噴嘴相比,擴張的噴嘴極大的提高流量系數,流量系數提高了20%以上。擴張面積比的增加同樣可以提高流量系數,但提高幅度不大。

(4)預旋噴嘴的長徑比越大,流量系數越小。

摘要：在一個單獨的靜腔系統中對分別具有30°,25°、20°、15°預旋進氣角度的預旋噴嘴面板進行實驗研究。得到了預旋角度,長徑比,進出氣壓比,擴張面積比對預旋噴嘴流量系數的影響,并分析了實驗測量以及處理過程中的隨機誤差和系統誤差。結果顯示流量系數隨著進出氣壓比的增加而線性增加,預旋孔進口擴張能有效提高流量系數,隨機誤差是影響實驗結果的主要因素,系統誤差則有可能使個別數據出現較大誤差。

關鍵詞：流量系數測量,擴張噴嘴,預旋角度,誤差分析

參考文獻

[1]何振威.帶蓋板的預旋系統的流動和溫降實驗研究.西北工業大學碩士學位論文,2011

[2] Lewis P,Wilson M,Lock G,et al.Effect of radial location of nozzleson performance of pre-swirl systems.ASME Paper GT-2008-50295,2008

[3] Bricaud C,Richter B,Dullenkopf K,et al,Stereo PIV measurementsin an enclosed rotor-stator system with pre-swirl cooling air.Experi-ments in Fluids,2005;39:202—212

[4] Javiya U,Hills N,Chew J,et al.Comparative study of cascade vanesand drilled nozzle designs for pre-swirl.ASME Paper GT2011—46006

[5]馮青,李世武,張麗.工程熱力學.西安:西北工業大學出版社,2006:9

流量測量研究論文范文第4篇

1 技術難點

高壓泥漿所處工業環境的壓力非常大, 高達30 MPa, 傳統流量計無法承受此壓力;泥漿含有大量固體顆粒, 在高壓、高流速時會對管壁造成極大的磨損, 選用的流量計必須耐磨損、耐沖刷;管道高壓下運行時會產生很大的震動, 因此, 流量計要抗震, 且能在震動環境中長期、正常運行。

2 各類流量計的對比

2.1 孔板流量計

孔板流量計在全部流量計中的使用率占到了70%, 主要是因為其開發的時間較早且費用低。但也存在不少缺點, 比如壓力損失大、有很多不必要的動力消耗、固體顆粒難以通過而造成管道內截面變形和耐損性差等。

2.2 超聲波流量計

超聲波流量計是根據多普勒效應設計的, 在其一端可發射超聲波信號, 由另一端接收, 發射的同頻率信號在不同流速時的接收頻率不同。根據上述原理, 可通過接收的信號反推出流速和流量。但超聲波流量計對安裝和現場工況都有限制, 不能存在過大的工頻和變頻干擾。

2.3 電磁流量計

電磁流量計的精度很高, 可以測量非牛頓流體, 但無法承受高壓泥漿的壓力。

2.4 彎管流量計

彎管流量計利用流體流過90°彎管時產生的離心力進行測量, 內弧受到的壓力比外側小, 從而可依據內、外的壓力差計算流速和流量, 且具有無節流件、耐磨損、耐高壓和抗震動等特性, 非常適合在高壓泥漿流量計算中應用。

3 系統設計、制造

在高壓泥漿的實際應用中, 進行流量計測量的最大難點是導壓管堵塞, 因此, 采用了隔離液導壓系統。隔離罐的上方連接了高靜壓差壓變送器, 利用漏斗向系統內部正、負壓側分別灌入硅油隔離液。

在對正壓側灌入隔離液時, 根據U形管液面平衡原理, 只需要打開差壓正壓側上方的排氣閥、關閉同一側的根部閥, 再通過漏斗就可以一次性將導壓系統正壓側灌滿隔離液, 操作方便。在運行時, 只要打開根部閥即可投入運行。

由于泥漿的密度比硅油大, 硅油的密度約為900 kg/m3, 泥漿的密度約為1 000~1 300 kg/m3, 所以, 即使泥漿進入隔離罐, 也會積在其下方, 不會對差壓變送器造成任何污染;同時, 硅油與泥漿互不相溶, 根部閥以上部分會始終保持純凈, 密度不會變化, 不會影響差壓精度。硅油凝固點在0℃以下, 基本可保證流量計在冬季的正常運行。

該彎管流量計的傳感器采用加厚不銹鋼, 所有焊點經全部探傷。差壓變送器選用日本原裝進口品牌EJA-130A, 精度為0.075%, 耐壓為42 MPa。

流量計的主機表為液晶顯示, 外加有防爆盒, 精度在0.05%, 可以根據測量場地的實際需求隨時更換所使用的軟件。

整體組裝在華北理工大學智能儀器廠進行, 先用水進行實流標定, 滿足該V形彎管流量計測量水介質的精度為0.5%, 之后拿到石油鉆井工地進行泥漿實驗。

4 實驗

通過各種實驗發現, 該系統的誤差變化是有規律的。在每一個監測點的誤差修正后, 均對應著一個流量系數, 其會隨流速的提高而減小, 逐漸趨于恒定值;隨著黏度的增加而增大。由此可見, 流量系數與雷諾數有關, 隨著雷諾數的增大而逐漸減小, 雷諾數增大到一定程度時, 流量系數為恒定值。

實驗時所用的泥漿為常用泥漿, 流量高于16 L/s時, 流量系數接近恒定, 為+1.4%和+1%, 系數修正1%, 流量計完全能保證1.0級精度。而正常使用的流量為18~30 L/s, 因此, 實驗效果非常理想。

5 結束語

由以上研究可看出, 在高壓泥漿中使用彎管流量計測量可達到較高的計量精度, 能為鉆井生產工藝的改進、鉆井生產效率的提高提供有效的技術支持, 拓寬了彎管流量計在工業應用中的技術領域。

參考文獻

流量測量研究論文范文第5篇

1 差壓流量計配管方法及運用現狀

這是工作中經常使用的差壓流量計的配管示意圖。目前在實際的安裝操作中, 差壓流量計一般都會采取上圖的配管方案。上圖中:1———根部取壓閥;2———冷凝罐;3———活接頭;4———引壓管;5———三閥組;6———焊接式三通;7———針形排污閥;8———直通終端接頭。目前, 測量蒸汽所用的差壓流量計都會采用上圖的施工方法, 按照上圖的施工, 在差壓計作業過程中, 會出現兩種極端的情況。第一種就是流量計在使用的過程中, 會出現流量測量值緩慢的減小, 直至到零。第二種就是測量值會逐漸的增大, 直至達到最大值。主要原因就是冷凝罐中聚集了大量的汽水化合物, 汽水化合物堵住了排氣頭, 如果這個時候把冷凝罐的排氣堵頭打開, 放出里面的汽水化合物, 那么差壓計就會恢復正常。但是, 在工作二三個小時后, 就又會出現上面提到的兩種情況, 這時, 要想使差壓計正常工作, 還需要在進行排氣。這種配管方法的有效作業時間就是兩三個小時, 到了一定的時間就需要排出里面的汽水化合物, 這樣差壓計才能正常的作業。

2 差壓流量計在蒸汽測量變送器配管法中的問題

經過檢測分析, 蒸汽測量變送器外接RTD后, 儀表內部可以進行補償溫壓, 對變送器的參數進行檢測, 發現儀表檢測出來的溫度與壓力都可以正確的反應實際參數, 變送器經檢測發現, 變送器差壓沒有時變的性質, 長期工作穩定。

從上面的結論, 我們可以發現問題出現在差壓產生和提取的過程, 在差壓產生時候, 其影響作用的有節流件和冷凝罐、引壓管。節流件的幾何加工較精細, 不會在故障發生后再自動恢復, 因此, 排除是節流件的原因。經過對冷凝罐的檢測分析, 發現在正常運作中, 冷凝水是以液態的形式充滿管內的, 不可能在管內某時出現介質的狀態, 并且每次經過排氣, 冷凝罐就可以正常工作, 這就說明冷凝罐也不是造成問題的原因?，F在就只剩下引壓管了, 經分析, 恰好連接節流件和冷凝罐這段引流管內的介質會在排氣進程中出現流動的可能, 由此說明, 引壓管的安裝導致了兩根引壓管內形成了附加差壓, 附加差壓的形成與引壓管內的冷凝液沒有完全的返回有關。也就是說當兩根引壓管內殘留的冷凝液留量不同時, 就會產生差壓, 這就會使原來的差壓值增大或者減小, 從而發生變化。

3 解決差壓流量計在蒸汽測量配管中問題的方法

圖示的設計思路是以節流件與冷凝罐之間的引壓管沒有冷凝液的殘留為前提的, 也就是導壓管中沒有形成附加差壓, 在實際的操作中, 引壓管及附近的氣溫會遠低于氣態水的溫度, 因此, 當蒸汽經過引壓管時遇冷, 變成液態水, 并且沒有在重力的作用下自動流回, 反而殘留在引壓管內, 這樣如果兩根引壓管內的殘留液積量不同時, 就會形成附加差壓。如過能夠解決兩根引壓管內的殘留液, 那么問題就相應而解了。如果將引壓管水平放置的話, 就不會在兩根引壓管內產生高度不同的殘留液, 這樣也不會形成附加差壓, 從而不會影響儀表的指示。

把圖示中4———引壓管的安裝由豎著變成水平安裝, 這樣當蒸汽經過引壓管時, 盡管會形成液態水的殘留液, 但不會再出現殘留量的明顯差高, 也就不會形成附加差壓。其他的安裝按圖示不變。改進后, 經過一段時間的運行, 以前出現的流量增加或減少的現象沒有了, 并且蒸汽流量測量比較穩定。值得注意的是:當通過導管的介質容易受外部環境影響發生物理形態的變化時, 蒸汽會冷凝, 變成液態水, 在配管時如果不注意, 當管內有大量殘留液時, 殘留液體就會出現明顯的差高, 從而就會出現附加差壓, 這就會對測量造成影響。

4 結束語

差壓流量計可以有效的對化工作業中蒸汽進行測量, 但安裝差壓流量計的配管方法不同就會導致不同的效果, 如果不能充分考慮蒸汽的物理性質和配管的嚴謹性, 在對蒸汽的測量中就會出現差錯, 在傳統的差壓流量計的配管安裝中, 引壓管是豎著安裝的, 這樣就會出現蒸汽遇冷變成液態水, 從而殘留在引壓管內, 當差高明顯時, 就會出現附加差壓, 從而, 給蒸汽的測量帶來影響。因此, 要不斷的改進配管的方法, 做到科學合理的配管, 對蒸汽能夠有效的測量。

摘要：化工作業生產中, 會產生大量的蒸汽, 這些蒸汽有時會作為資源直接進行化學反應, 有時會成為化工作業的動力能源, 這就需要對蒸汽的化學反應進行計量研究, 以及對熱能動力考核, 也就涉及到了蒸汽流量的測量和研究, 噴嘴與孔板在這個研究的過程中, 具有較高的性價比, 和差壓流量計配合使用能夠獲得較高的測量精度, 本文介紹的是差壓流量計在蒸汽測量變送器中的配管方法。

關鍵詞：蒸汽測量,變送器,差壓流量計,配管法

參考文獻

[1]成宏宇.差壓式流量計在蒸汽計量中的應用[J].甘肅冶金, 2008.

[2]方淑萍.淺談孔板流量計的使用和測量誤差[J].化學工程與裝備, 2010.

[3]吳淑麗.差壓變送器引壓導管敷設方式分析[J].黑龍江造紙, 2006.

[4]張強.淺談差壓式流量計的基本原理與分類[J].科技創新導報, 2008.

流量測量研究論文范文第6篇

1 渦街流量計的測量原理

在流體的流動方向上放置一個非流線型的物體旋渦發生體,當流體以足夠大的流速流過發生體后,上下交替產生正比于流速的兩列旋渦,旋渦的釋放頻率與流過旋渦發生體的流體平均速度及旋渦發生體特征寬度有關,其表達式為:

undefined

式中 f——旋渦的釋放頻率,Hz;

ν ——流過旋渦發生體的流體平均速度,m/s;

d ——旋渦發生體特征寬度,m;

St ——斯特羅哈數,當雷諾數Re在102～105范圍時,St為常量。

當旋渦在發生體兩側產生時,利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化,將升力的變化轉換為電的頻率信號,再將頻率信號進行放大和整形,得到與流體平均速度成正比的電信號,輸出到相應的儀表即可進行流量顯示、累積。

2 流量自動補償系統

渦街流量計屬于速度式流量計,其輸出信號與管道中流過的流體體積流量成正比,通過適當的補償公式可計算出流體的準確體積流量和質量流量。

2.1 水蒸汽自動補償系統

對于飽和蒸汽,其密度只與壓力有關,它們之間的對應關系為:

ρ= Ap + B (1)

式中 p—— 飽和蒸汽的絕對壓力,MPa;

A、B —— 待定系數。

在不同的壓力范圍內,系數A、B的值見表1。

對于過熱蒸汽,其密度和溫度、壓力均有關,它們之間的關系表示為:

undefined (2)

式中 p——過熱蒸汽的絕對壓力, MPa;

T ——過熱蒸汽的溫度,℃;

A,B,C ——待定系數,在一定的溫度、壓力范圍內均為常數。

渦街流量計的測量值,即為實際工況下被測蒸汽的體積流量Q。該值主要用來計算被測蒸汽的質量流量:

M = ρQ (3)

式中 M——質量流量,kg/h ;

ρ —— 實際工況下蒸汽密度, kg/m3;

Q ——渦街流量計測得的蒸汽體積流量, m3/h。

飽和蒸汽流量設計工況為溫度165℃,壓力0.7MPa(絕壓),密度ρ設=3.666kg/m3,正常流量為8 000kg/h。則其實際壓力波動范圍0.65～0.75MPa。該飽和蒸汽流量測量壓力自動補償系統原理如圖1所示,ECS-100型DCS圖形化組態如圖2所示。

計算流量計量程上限Qmax時,將有關參數代入式(3)得:

undefined

過熱蒸汽流量設計工況為溫度260℃,壓力0.7MPa(絕壓),密度ρ設=2.912kg/m3,正常流量8 000kg/h。則其實際壓力波動范圍為0.40～0.85MPa,溫度波動范圍220～320℃。該過熱蒸汽流量測量溫度、壓力自動補償系統的原理如圖3所示,ECS-100型DCS圖形化組態如圖4所示。

將有關參數代入式(3),得到流量計量程上限Qmax:

undefined

2.2 氣體自動補償系統

因氣體介質的特殊性,其體積流量可分為實際工況下的體積流量(m3/h)和標準狀態下(或標定狀況下)的體積流量(Nm3/h或m3/h)。

渦街流量計的測量值,即為實際工況下氣體的體積流量。因實際工況會偏離設計工況,此測量值不能如實反應被測氣體的量,通常要借助于理想氣體的狀態方程將其換算成標準狀態下的體積流量,即:

undefined (4)

式(4)是將實測體積流量轉換成標準狀態下的體積流量。如要轉換成標定狀態下的體積流量,可將式中的T0用T20替代,其值為293.15K;Q0用Q20替代,其單位為m3/h。

查得標準狀態下氣體的密度,由氣體相應的體積流量公式計算出其質量流量,即:

M=ρ0Q0 (5)

氮氣流量設計工況為工作壓力0.6MPa,工作溫度25℃,正常流量2 000Nm3/h。該氮氣流量測量溫度、壓力自動補償系統的原理如圖5所示,ECS-100型DCS圖形化組態如圖6所示。

將有關參數代入式(4)得到標準(標定)體積流量量程上限Q0max(Q20max):

undefined

查得標準狀況下氮氣的密度為1.250 8kg/Nm3,標定狀況下氮氣的密度1.164 6kg/m3,將有關參數代入式(5)得到質量流量量程上限Mmax:

Mmax=ρ0Q0=1.2508×3170.58=3965.76kg/h

Mmax=ρ20Q20=1.1646×3402.73=3962.89kg/h

2.3 液體自動補償系統

由于液體的密度近似為常量,渦街流量計測得體積流量即為實際工況下的體積流量。體積流量轉換為質量流量的計算公式同氣體的質量流量公式。

3 結束語

渦街流量計應盡量安裝在遠離振動源和電磁干擾較強的地方,振動存在的地方必須采用減振裝置,減少管道受振動的影響。振動較大而又無法消除時,不宜采用渦街流量計。補償用的壓力變送器和溫度計應安裝在流量計的下游,并保證檢測點和流量計之間有足夠長的距離,以便不會影響流體的流場。

摘要：介紹了渦街流量計的測量原理,從工程應用的角度,系統地闡述了被測介質的工況(溫度、壓力)發生變化后,其流量自動補償的原理及實施方法。