[发明专利]一种测量气-液两相流系统带液量的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于气液两相流工质份额测量技术领域，涉及一种测量气-液两相流系统带液量的装置及测量方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，越来越多的工程技术领域中出现或使用到了两相流，工程技术上常见的两相流动主要有气-固、液-固和气-液等。气相可以是连续的形式或是离散的气泡；液相也可以是连续的形式或是离散的液滴；固相则多是以微小的颗粒或固块的形式出现。而其中气-液两相流中的带液量的测量往往成为应用的重点和难点所在。

气液两相流的流动类型有很多，它不仅与流动过程的热力状态有关（加热或冷却，压缩或膨胀），而且还和流动部分所处的几何形状有关（垂直或水平，静止或运动）。当带液量达到5%~8%时，由于液滴的尺寸较小，气液两相流以雾状流的形式存在；当带液量达到10%~20%时，液滴尺寸由于二次成核而增大，出现液团流。

目前已有的气-液两相流带液量测量方法：基于米氏散射理论的光学测量法。该方法需要一套光源及分光光度计光学系统、探测器、将探测器及光学系统横向连接起来的管子及电源模块构成。在测试时，当气-液混合工质流经探测器头部的通道时，光学测试系统一端发射的光源经过气-液两相流，其另外一端的分光光度计测试经两相流工质散射后的光。分析散射光的光谱对两相流动带液量判定。此种方法所需设备十分复杂且造假昂贵；由于其安装较为繁杂，不适宜应用在条件较为恶劣的工业现场及制冷低温领域极端条件下；测试过程复杂，耗费时间较长。

气-液两相流动许多应用场合接近于工业现场，要求测试系统能够准确快速的得到测量结果。这就要求气-液两相流系统带液量的测试方法具有测试装置简单，测试过程简洁快速，最重要的是易于实现。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种测量气-液两相流系统带液量的装置及方法，具有测量装置结构简单、测量过程简洁、准确快速、测量范围广、对使用环境不敏感等优点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种测量气-液两相流系统带液量的装置，包括：

加热模块：设于气-液两相流系统出口，对气-液两相工质进行加热，以输出气态饱和或气相过热状态的工质；

压力测量模块：设于加热模块出口，测量加热模块出口工质的压力；

温度测量模块：设于加热模块出口，测量加热模块出口工质的温度；

流量测量模块：设于加热模块出口，测量加热模块出口工质的流量；

数据处理及显示模块：根据压力测量模块和温度测量模块所反映的加热模块输出工质的状态，结合加热模块出口工质的质量流量和此时的加热功率进行运算处理，获得气-液两相流系统的带液量并将结果进行显示。

所述的加热模块的加热功率可调，调节其加热功率使工质在加热模块出口达到气相饱和或气相过热状态，并将此时加热模块的加热功率传输到数据处理及显示模块。

所述的压力测量模块和温度测量模块能够将其检测到的压力信号和温度信号转换成数字信号，并进行显示。

所述的加热模块为电加热装置。

所述的压力测量模块为压力传感器，温度测量模块为温度传感器，所述的流量测量模块为质量流量测量模块或体积流量测量模块。

所述的压力传感器为压敏电阻压力传感器，温度传感器为热电偶传感器或铂电阻传感器，质量流量测量模块为质量流量计，体积流量测量模块为体积流量计。

加热模块输出气态饱状态的工质时，数据处理及显示模块获得气-液两相流系统的带液量的计算为：α＝W/(m·γ)；其中α为带液量，γ为气-液两相流系统工质在加热模块出口压力P下的气化潜热，W为加热功率，m为加热模块出口工质的质量流量。

加热模块输出气相过热状态的工质时，数据处理及显示模块获得气-液两相流系统的带液量的计算为：α＝[W-m(h-h_o)]/(m·γ)；其中α为带液量，γ为气-液两相流系统工质在加热模块出口压力P下的气化潜热，W为加热功率，m为加热模块出口工质的质量流量，h为加热模块出口过热气体工质对应状态参数（T、P）下的比焓，h_o为气-液两相流系统工质在加热模块出口压力P下对应饱和状态气体工质的比焓。

一种测量气-液两相流系统的带液量的方法，包括以下步骤：

1）在气-液两相流系统的出口设置加热功率可调的加热模块对气-液两相工质进行加热，通过调节加热模块的加热功率使得输出气态饱和或气相过热状态的工质；