专利名称：一种测量气-液两相流系统带液量的装置及方法
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59Γ8%时，由于液滴的尺寸较�。毫较嗔饕晕碜戳鞯男问酱嬖冢坏贝毫看锏� 109Γ20%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�？楣钩�。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�。蟛馐韵低衬芄蛔既房焖俚牡玫讲饬拷峁�。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—种测量气-液两相流系统带液量的装置,包括加热�？樯栌谄�-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�？樯栌诩尤饶？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实难沽Γ晃露炔饬磕？樯栌诩尤饶？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实奈露龋涣髁坎饬磕？樯栌诩尤饶？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实牧髁浚皇荽砑跋允灸？楦菅沽Σ饬磕？楹臀露炔饬磕？樗从车募尤饶？槭涑龉ぶ实淖刺岷霞尤饶？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁亢痛耸钡募尤裙β式性怂愦恚竦闷�-液两相流系统的带液量并将结果进行显示。所述的加热�？榈募尤裙β士傻鳎鹘谄浼尤裙β适构ぶ试诩尤饶？槌隹诖锏狡啾ズ突蚱喙茸刺�,并将此时加热�？榈募尤裙β蚀涞绞荽砑跋允灸？�。 所述的压力测量�？楹臀露炔饬磕？槟芄唤浼觳獾降难沽π藕藕臀露刃藕抛怀墒中藕牛⒔邢允�。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�？槲露却衅鳎龅牧髁坎饬磕？槲柿苛髁坎饬磕？榛蛱寤髁坎饬磕？�。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钼电阻传感器，质量流量测量模块为质量流量计，体积流量测量�？槲寤髁考�。加热�？槭涑銎プ刺墓ぶ适保荽砑跋允灸？榛竦闷�-液两相流系统的带液量的计算为a = W/(m* y);其中α为带液量，Υ为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁�。加热�？槭涑銎喙茸刺墓ぶ适保荽砑跋允灸？榛竦闷�-液两相流系统的带液量的计算为= [ff-m(h-h0)]/(m· y);其中α为带液量，Υ为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚琱为加热�？槌隹诠绕骞ぶ识杂ψ刺问�(T、P)下的比焓，h。为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽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I)在气-液两相流系统的出口设置加热功率可调的加热�？槎云�-液两相工质进行加热，通过调节加热�？榈募尤裙β适沟檬涑銎ズ突蚱喙茸刺墓ぶ剩�2)在加热模块的出口设置压力测量�？楹臀露炔饬磕？榉直鸩饬考尤饶？槌隹诠ぶ实奈露萒和压力P，判断其是否达到气相饱和或气相过热状态；如果工质在加热�？槌隹谌源τ谄毫较嘧刺蛟龃蠹尤裙β剩钡焦ぶ试诩尤饶？槌隹诖锏狡啾ズ突蚱喙茸刺锹即耸钡募尤裙β蔠 ；在加热模块的出口设置流量测量�？椋饬考尤饶？槌隹诠ぶ实牧髁浚�3)数据处理及显示�？楦菅沽Σ饬磕？楹臀露炔饬磕？樗从车募尤饶？槭涑龉ぶ实淖刺ü韵录扑愕玫狡�-液两相流系统的带液量当加热�？槌隹诠ぶ饰啾ズ妥刺保毫縜 = ff/(m* y);其中α为带液量，Y为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚坏奔尤饶？槌隹诠ぶ饰喙仁�,带液量a = [W-m(h-h。) ]/ (m · Y ) ； α为带液量，Y为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m 为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚琱为加热�？槌隹诠绕骞ぶ识杂ψ刺问�(T、P)下的比焓，h。为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下对应饱和状态气体工质的比焓。所述的加热�？榈募尤裙β实牡髡紫龋萜�-液两相流工质所能达到的最大带液量，计算出液相成分由液相转化为气相所需的理论热量；
然后，以理论加热量为基准，加热�？槎云�-液两相工质进行加热，测量加热模块出口工质的温度T和压力P，判断气流是否达到气相饱和或气相过热状态；如果工质在加热�？槌隹诠ぶ蚀锏狡啾ズ突蚬茸刺锹即耸奔尤裙β蔠 ; 如果工质在加热模块出口工质仍处于气液两相状态，则增大加热功率，直到工质在加热�？槌隹诠ぶ蚀锏狡啾ズ突蚱喙茸刺锹技尤裙β蔠。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果本发明提供的测量气-液两相流系统带液量的装置及方法，通过在气-液两相流工质系统出口安置加热�？槎韵低吵隹谄�-液两相流工质进行加热，调节加热�？榧尤裙β适沟眉尤饶？槌隹诠ぶ蚀锏狡啾ズ妥刺觳饧尤饶？槌隹诠ぶ实奈露群脱沽Χ约尤群蟮墓ぶ式凶刺卸�。当加热�？槌隹诠ぶ首刺啾ズ吞蚬忍保岷纤牡募尤裙β省⑾低彻ぶ手柿苛髁考肮ぶ势比龋萌攘ρЧ叵凳脚卸铣龉ぶ手幸合嗖糠址荻�。由于本发明采用工质变化的热力学关系对工质中液相部分份额进行测量，只需要加热器模块、温度压力传感器及流量测量模块，与现有光学测量法需要高昂、复杂的测量设备且无法应用于复杂、极端工作环境相比，具有结构简单、不需要复杂昂贵仪器、系统连接方便、适应于复杂、极端工况和适应大带液量系统的优势。而且具有数据量小、测量过程简洁快速的优势。本发明提供的测量气-液两相流系统带液量的装置及方法，克服了现有光学法测量无法应用于低温领域、测量时间长、数据量大、装置复杂昂贵的缺点，具有适应极端条件、 装置简单、便于实现、测量范围广和稳定性好等优点。
图I为本发明的连接示意图。其中，I为气-液两相流系统、2为加热�？�、3流量测量模块、4为压力测量�？�、5 为温度测量�？�、6为数据处理及显示�？椤�
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。参见图I, 一种测量气-液两相流系统带液量的装置，包括加热�？�2 :设于气-液两相流系统I的出口，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�？�4 :设于加热�？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实难沽Γ�
温度测量�？�5 :设于加热�？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实奈露龋涣髁坎饬磕？�3 :设于加热�？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实牧髁浚皇荽砑跋允灸？�6 :根据压力测量模块和温度测量�？樗从车募尤饶？槭涑龉ぶ实淖刺岷霞尤饶？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁亢痛耸钡募尤裙β式性怂愦恚竦闷�-液两相流系统的带液量并将结果进行显示。具体的所述的加热�？榈募尤裙β士傻鳎鹘谄浼尤裙β适构ぶ试诩尤饶？槌隹诖锏狡啾ズ突蚱喙茸刺⒔耸奔尤饶？榈募尤裙β蚀涞绞荽砑跋允灸？椋员阌诩扑�。加热�？槲缂尤饶？椋蛘呔哂欣嗨萍尤裙β士傻鞯募尤壬璞�。压力测量�？楹臀露炔饬磕？槟芄唤浼觳獾降难沽π藕藕臀露刃藕懦墒中藕牛⒔邢允�。实现上述功能的压力测量�？楹臀露炔饬磕？榫哂卸嘀址绞剑冉铣＜氖茄沽Υ衅骱臀露却衅鳎谎沽Υ衅骺梢晕姑舻缱柩沽Υ衅骰蚓哂醒沽Σ饬抗δ艿钠渌饬孔爸茫晃露却衅骺梢晕鹊缗�、钼电阻等具有温度测量功能的其他测量装置。由于在计算时需要工质的质量流量，所以流量测量�？槲柿苛髁坎饬磕？椋蛘卟捎锰寤髁坎饬磕？榛蛳嗤δ艿牧髁坎饬孔爸茫缓蠼洳饬拷峁怀芍柿苛髁�。所以可以采用质量 流量计，也可采用体积流量计。所提供的测量气-液两相流系统的带液量的方法，包括以下步骤I)搭建测量平台在气-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�？榈募尤裙β适沟檬涑銎ズ突蚱喙茸刺墓ぶ剩�2)在加热�？榈某隹谏柚醚沽Υ衅骱臀露却衅鞣直鸩饬考尤饶？槌隹诠ぶ实奈露萒和压力P，判断其是否达到气相饱和或气相过热状态；如果工质在加热�？槌隹谌源τ谄毫较嘧刺蛟龃蠹尤裙β剩钡焦ぶ试诩尤饶？槌隹诖锏狡啾ズ突蚱喙茸刺锹技尤裙β蔠 ;在加热�？榈某隹谏柚昧髁坎饬磕？椋饬考尤饶？槌隹诠ぶ实牧髁浚�3)数据处理及显示�？楦菅沽Σ饬磕？楹臀露炔饬磕？樗从车募尤饶？槭涑龉ぶ实淖刺ü扑愕玫狡�-液两相流系统的带液量。具体的操作为首先搭建测量平台，包括位于气-液两相流系统出口加热功率可调的加热�？椋� 布置于加热�？槌隹诘墓ぶ手柿苛髁坎饬磕？椋徊贾糜诩尤饶？槌隹诘难沽Υ衅鳎徊贾糜诩尤饶？槌隹诘奈露却衅鳎皇荽砑跋允灸？�。然后确定加热模块的加热功率先根据气-液两相流工质可能达到的最大带液量计算出液相成分由液相转化为气相所需加入的理论热量；第二，以理论加热量为基准，对气-液两相工质进行加热，测量加热�？槌隹谄鞯奈露萒和压力P，判断气流是否达到气相饱和或气相过热状态；第三， 如果工质在加热�？槌隹诖锏狡啾ズ突蚬茸刺锹即耸奔尤裙β蔠;如果工质在加热�？槌隹谌源τ谄毫较嘧刺蛟龃蠹尤裙β剩钡焦ぶ试诩尤饶？槌隹诖锏狡啾ズ突蚱喙茸刺锹技尤裙β蔠。最后带液量确定通过工质质量流量测量�？榛袢〖尤饶？槌隹谄ズ突蚱喙茸刺ぶ实闹柿苛髁縨，结合加热功率W、工质加热�？槌隹谄啾ズ妥刺问柿苛髁縨，工质流经加热�？槭且桓鼋频妊构蹋虼舜毫靠梢杂靡韵路绞角蟮茫籌)当加热�？槌隹谄遄刺啾ズ妥刺庇萌缦鹿郊扑憷玫仁絘 = ff/ (m · Y )；
其中，α为带液量，Y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�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚荒持止ぶ实墓ぶ势比龋筛菸镄酝急砘蛭镄圆檠砑竦茫桓鲅沽Χ杂σ桓銎比取�2)当加热�？槌隹谄遄刺喙仁庇萌缦鹿郊扑憷玫仁絘 = [W-m (h_h。) ] / (m · Y )；其中，α为带液量，Y为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚琱为加热�？槌隹诠绕骞ぶ识杂ψ刺问�(T、P)下的比焓，(Τ、Ρ)为加热�？槌隹谄遄刺问还绕灞褥士梢酝ü阎�(Τ、Ρ)查询相关物性图表或物性查询软件获得，如果(Τ、Ρ)确定，那么过热气体比焓就可以确定；h。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，h。-饱和状态的比焓，只需要知道压力P即可根据物性图表或者物性查询软件获得， 跟温度T无关。下面给出具体的测量实施例。实施例I
在带液低温空气透平膨胀机后安装两相流系统带液量测量装置；系统工质为含氧量35%富氧空气；调节加热功率W，根据加热�？槌隹诠ぶ首刺问范ㄆ浯锏狡啾ズ妥刺�(P=0. 133MPa，T = 86. 25K)，记录加热功率W = 2517. 7W ;质量流量测量�？榛竦孟低彻ぶ手柿苛髁縨=0. 175kg-S^1 ;工质的气化潜热 205.48kJ.kg_1 ;根据 a = ff/(m · Y ) =2517. 7/ (O. 175 · 205. 48X IO3) =0. 07，可得膨胀机出口气液两相流的带液量为7%。实施例2在带液低温空气透平膨胀机后安装两相流系统带液量测量装置；系统工质为含氧量35%富氧空气；调节加热功率W，根据加热�？槌隹诠ぶ首刺问范ㄆ浯锏狡喙茸刺�(P=0. 133MPa，T = 90. 25K，h=85. 67kJ/kg，h0=81. 29kJ/kg)，记录加热功率 W =3284. 2ff ;质量流量测量�？榛竦孟低彻ぶ手柿苛髁縨=0. 175kg · s—1 ;工质的气化潜热 205. 48kJ .kg-1 ;根据 a = [ff-m (h-h0) ] / (m · y) = [3284. 2-0. 175X (85. 67X 103-81. 29X1
03)]/(0. 175 · 205. 48 X IO3) =0. 07，可得膨胀机出口气液两相流带液量为7%。以上实施实例仅用于说明本发明的优选方式，但本发明并不局限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围内。
权利要求
1.一种测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，包括加热�？樯栌谄�-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�？樯栌诩尤饶？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实难沽Γ晃露炔饬磕？樯栌诩尤饶？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实奈露龋涣髁坎饬磕？樯栌诩尤饶？槌隹冢饬考尤饶？槌隹诠ぶ实牧髁浚皇荽砑跋允灸？楦菅沽Σ饬磕？楹臀露炔饬磕？樗从车募尤饶？槭涑龉ぶ实淖刺岷霞尤饶？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁亢痛耸钡募尤裙β式性怂愦恚竦闷�-液两相流系统的带液量并将结果进行显示。
2.如权利要求I所述的测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，所述的加热�？榈募尤裙β士傻鳎鹘谄浼尤裙β适构ぶ试诩尤饶？槌隹诖锏狡啾ズ突蚱喙茸刺�,并将此时加热�？榈募尤裙β蚀涞绞荽砑跋允灸？�。
3.如权利要求I所述的测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，所述的压力测量�？楹臀露炔饬磕？槟芄唤浼觳獾降难沽π藕藕臀露刃藕抛怀墒中藕牛⒔邢圆籓
4.如权利要求I所述的测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，所述的加热模块为电加热装置。
5.如权利要求I所述的测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，所述的压力测量�？槲沽Υ衅鳎露炔饬磕？槲露却衅鳎龅牧髁坎饬磕？槲柿苛髁坎饬磕？榛蛱寤髁坎饬磕？�。
6.如权利要求5所述的测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，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钼电阻传感器，质量流量测量�？槲柿苛髁考疲寤髁坎饬磕？槲寤髁考啤�
7.如权利要求I所述的测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，加热�？槭涑銎プ刺墓ぶ适保荽砑跋允灸？榛竦闷�-液两相流系统的带液量的计算为 a =ff/(m* y);其中α为带液量，Y为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁�。
8.如权利要求I所述的测量气-液两相流系统带液量的装置，其特征在于，加热�？槭涑銎喙茸刺墓ぶ适保荽砑跋允灸？榛竦闷�-液两相流系统的带液量的计算为a = [ff-m(h-h0)]/(m· Y);其中α为带液量，Y为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚琱为加热�？槌隹诠绕骞ぶ识杂ψ刺问�(T、P)下的比焓，h。为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下对应饱和状态气体工质的比焓。
9.一种测量气-液两相流系统的带液量的方法，其特征在于，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�？槎云�-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；.2)在加热模块的出口设置压力测量�？楹臀露炔饬磕？榉直鸩饬考尤饶？槌隹诠ぶ实奈露萒和压力P，判断其是否达到气相饱和或气相过热状态；如果工质在加热�？槌隹谌源τ谄毫较嘧刺蛟龃蠹尤裙β剩钡焦ぶ试诩尤饶？槌隹诖锏狡啾ズ突蚱喙茸刺锹即耸钡募尤裙β蔠 ；在加热模块的出口设置流量测量模块，测量加热�？槌隹诠ぶ实牧髁浚�3)数据处理及显示�？楦菅沽Σ饬磕？楹臀露炔饬磕？樗从车募尤饶？槭涑龉ぶ实淖刺ü韵录扑愕玫狡�-液两相流系统的带液量当加热�？槌隹诠ぶ饰啾ズ妥刺保毫縜 = W/(m* y);其中α为带液量， Y为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚坏奔尤饶？槌隹诠ぶ饰喙仁保毫縜 = [ff-m(h-h0)]/(m· γ) ；α为带液量， Y为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下的气化潜热，W为加热功率，m为加热�？槌隹诠ぶ实闹柿苛髁浚琱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。为气-液两相流系统工质在加热�？槌隹谘沽下对应饱和状态气体工质的比焓。
10.如权利要求9所述的测量气-液两相流系统的带液量的方法，其特征在于，所述的加热�？榈募尤裙β实牡髡紫龋萜�-液两相流工质所能达到的最大带液量，计算出液相成分由液相转化为气相所需的理论热量； 然后，以理论加热量为基准，加热�？槎云�-液两相工质进行加热，测量加热�？槌隹诠ぶ实奈露萒和压力P，判断气流是否达到气相饱和或气相过热状态；如果工质在加热�？槌隹诠ぶ蚀锏狡啾ズ突蚬茸刺锹即耸奔尤裙β蔠 ;如果工质在加热�？槌隹诠ぶ嗜源τ谄毫较嘧刺蛟龃蠹尤裙β剩钡焦ぶ试诩尤饶？槌隹诠ぶ蚀锏狡啾ズ突蚱喙茸刺锹技尤裙β蔠。
全文摘要
本发明公开了一种测量气-液两相流系统带液量的装置及方法，在气-液两相流工质系统出口安置加热功率可调的加热�？槎韵低吵隹谄�-液两相流工质进行加热，调节加热�？榧尤裙β适沟眉尤饶？槌隹诠ぶ蚀锏狡啾ズ妥刺梦露群脱沽Υ衅鞫约尤群蟮墓ぶ式凶刺卸�。当加热�？槌隹诠ぶ首刺啾ズ吞蚬忍保岷纤牡募尤裙β�、系统工质质量流量及工质汽化潜热，利用热力学关系式判断出工质中液相部分份额。此种气-液两相流带液量测量的方法克服了现有光学法无法应用于低温领域、测试时间长、数据量大、装置复杂昂贵的缺点，具有适应极端条件、装置简单、便于实现、测量范围广和稳定性好等优点。
文档编号G01F1/86GK102721444SQ20121018677
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者侯予, 刘秀芳, 孙皖, 牛璐, 赖天伟 申请人:西安交通大学
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