[发明专利]基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法及装置

权利要求书

1.基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定两相流表观质量流量；

在管道中设置V锥，根据管道中的压力和温度进行两相密度补偿，并结合V锥上游至V锥喉部的压降，计算两相流表观质量流量m_apparent：

其中，A为管道(2)的截面积，β为V锥(3)的节流比，ρ_g为气相密度，ΔP_wg为V锥上游至V锥喉部的前压差；

2)根据两相流表观质量流量，并基于两相质量流量系数建立气相流量m_g预测模型，气相流量预测模型的表达式如下：

其中，Fr_g和Fr_l分别为气相和液相密度弗鲁德数，ρ_g和ρ_l分别为气相和液相密度，K为两相质量流量系数；

3)基于压损比分段特性建立液相流量预测关联式；

压损比δ定义为流体流经V锥后的总压力损失与V锥上游至喉部的前压差之比；

其中，ΔP_wg-m为流体流经V锥后的总压力损失，ΔP_wg为V锥上游至V锥喉部的前压差；

4)根据步骤2)得到的气相流量预测模型和步骤3)得到的液相流量预测关联式，得到气相流量的测量值和液相流量的预测值；

5)根据步骤4)得到的气相流量的测量值和液相流量的预测值，基于构建的锥前液膜厚度计算模型，确定锥前液膜厚度H；

锥前液膜厚度计算模型如下：

其中，ε_L为截面含气率，D为管道内径，θ为圆周润湿率；

当H≥h，步骤4)得到的液相流量的预测值，即为液相流量的最终测量值；

当Hh，执行步骤6)；

h为V锥下沿距管道底部的距离；

6)当Hh，则基于压损比分段特性建立的液相流量测量关联式，确定液相流量的测量值；

Fr_l＝f(Fr_g,DR,δ)

其中，DR为气、液两相密度比，DR＝ρ_g/ρ_l。

2.根据权利要求1所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，步骤2)中两相质量流量系数K的拟合关系式K＝f(Fr_l,Fr_g,DR)通过标定实验得到，K的定义式为：

其中，m_g和m_l分别为气相和液相的质量流量，DR为气、液两相密度比，DR＝ρ_g/ρ_l。

3.根据权利要求2所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，步骤3)中液相流量预测关联式如下：

Fr_l＝f(DR,δ)。

4.根据权利要求1所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量方法，其特征在于，步骤5)中V锥下沿距管道底部的距离h的计算方法如下：

5.一种基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量装置，其特征在于，包括管道(2)，管道(2)中设置有V锥(3)，管道上还设置有第一压差表(6)、第二压差表(7)、压力表(5)和温度计(10)；

第一压差表(6)、第二压差表(7)、压力表(5)和温度计(10)与数据处理单元(11)连接；

第一压差表(6)，用于测量V锥(3)上游至V锥(3)喉部的前压差ΔP_wg；

第二压差表(7)，用于测量流体流经V锥(3)后的总压力损失ΔP_wg-m；

数据处理单元(11)，用于接收管内的压力、温度、前压差ΔP_wg和总压力损失ΔP_wg-m，并根据权利要求1-4任一项所述的方法进行迭代求解，输出气相和液相的质量流量。

6.根据权利要求5所述的基于V锥压损比分段特性的湿气流量在线测量装置，其特征在于，所述V锥(4)包括支撑环(13)、支柱(12)和锥体；

所述支撑环(13)的两端分别与两个管道的端部卡接，锥体设置在支撑环(13)的中心，锥体的端部通过三个支柱(12)与支撑环(13)的内壁连接。