[发明专利]一种基于旋流原理的差压式流量测量装置及方法

摘要

一种基于旋流原理的差压式流量测量装置及方法，包括一个直径为D的管道，管道内设置有与管壁紧密贴合且静态布置的旋流器，旋流器下游的管道设置有管壁取压管和管中心取压管，管壁取压管和管中心取压管的出口分别与差压变送器的两个流体进口相连通；本发明通过测量同一水平面的压差求得平均流速，再根据平均流速求得流量，和传统的差压式流量计比较起来，所需的直管段大大缩短，压差也大为减小，而且对旋转流动和涡流的情况有极好的适应性；对于多相流体，旋流装置能够将复杂的多相流体整流成关于轴线对称的管内“相分隔”状态，从而更加便于测量。

主权项

1.一种基于旋流原理的差压式流量测量装置的测量方法，其特征在于，所述的差压式流量测量装置包括一个直径为D的管道(7)，管道(7)内设置有与管壁紧密贴合且静态布置的旋流器(2)，旋流器(2)下游的管道设置有管壁取压管(4)和管中心取压管(5)，管壁取压管(4)和管中心取压管(5)的出口分别与差压变送器(6)的两个流体进口相连通，其方法包括以下步骤：步骤一、当流体流经管道(7)中的旋流器(2)时，由于流体受到旋流器(2)的束缚，迫使流体按照旋流器(2)的形状产生涡旋流动，流体绕管中心轴旋转，边旋转边向下游流动，其流动轨迹近似为一螺旋线，流体产生的离心力使得流体在管壁和管中心产生压差，管壁取压管(4)和管中心取压管(5)分别取出管壁和管中心的静压，两者的压差通过差压变送器(6)测量出来；步骤二、对于旋流器(2)，流体流量的大小和旋流器(2)后某一横截面管壁和管中心的压差存在一定关系，取某一横截面的微元流体，单位质量微元体的离心力为它应与压力梯度相平衡，即：由积分中值定理可知，总存在一个半径r^*，该处的切向流速能代表该截面的切向平均流速则对式(1)对半径从0‑R积分得：式中和r^*分别代表截面的切向平均流速和平均流速对应的平均半径，R代表管道内径；步骤三、由于流体通过旋流器后是做旋转向上运动，如果旋流器一定，那么轴向平均流速和某个截面的切向平均流速必然存在一个固定的比例关系，而该切向平均流速又与压差的1/2次方成线性关系，也就是说轴向平均流速和某个截面管壁和管中心压差的1/2次方成线性关系：式中，α代表流量系数，与管道直径、截面位置有关，其值通过实验标定得出；ΔP表示流体介质流经某一截面时管道中心和管壁之间的压降；ρ表示介质密度；步骤四、对于单相流体，根据公式求得流体的流量；对于多相流体，通过各相的轴向平均流速乘以相应各相的流通截面积，即可得到各相的流量。