[发明专利]一种同质混合介质粘度测量装置及方法

摘要

本发明提供了一种同质气液混合介质粘度测量装置及方法，其装置的进口管连接分离器，分离器的气体出口与倒U形管连接，倒U形管与气路文丘里管的上端连接，气路文丘里管的下端与出口管连接；倒U形管上连接第一温度传感器以及第一压力传感器；分离器的液体出口与U形管连接，U形管与液路文丘里管的下端连接，液路文丘里管的上端与出口管连接；U形管上连接有第二温度传感器以及第二压力传感器；气路文丘里管和液路文丘里管上均连接有差压变送器；所述进口管上还连接有旋转式粘度计，U形管上还连接有细管式粘度计。本发明所提供的同质气液混合介质质量流量测试装置及方法对于发展实验测试技术和提高工程领域测量精度具重要的意义。

主权项

1.一种同质混合介质粘度测量方法，其特征在于，该方法采用的同质混合介质粘度测量装置，包括进口管(1)、分离器(2)、U形管(4)、倒U形管(3)、第一温度传感器(5)、第二温度传感器(9)、第一压力传感器(6)、第二压力传感器(10)、气路文丘里管(7)、液路文丘里管(11)、第一差压变送器(8)、第二差压变送器(12)、旋转式粘度计(14)、细管式粘度计(15)以及出口管(13)，所述进口管(1)的入口连接被测试同质气液两相流混合流体的出口端，进口管(1)的出口连接分离器(2)，将气液两相流进行分离，进口管(1)上还有用于测量同质气液两相流混合流体粘度的旋转式粘度计(14)；所述分离器(2)上端的气体出口与倒U形管(3)的左端口连接，所述倒U形管(3)的右端口与气路文丘里管(7)的上端连接，气路文丘里管(7)的下端与出口管(13)连接；所述倒U形管(3)上连接有测量其内部气体温度的第一温度传感器(5)以及测量其内部气体压力的第一压力传感器(6)；所述气路文丘里管(7)上连接有测量其内部气体差压的第一差压变送器(8)；所述分离器(2)下端的液体出口与U形管(4)的左端口连接，所述U形管(4)的右端口与液路文丘里管(11)的下端连接，液路文丘里管(11)的上端与出口管(13)连接；所述U形管(4)上分别连接有测量其内部液体温度的第二温度传感器(9)、测量其内部液体压力的第二压力传感器(10)以及测量分离后的单相液相粘度的细管式粘度计(15)；所述液路文丘里管(11)上连接有测量其内部液体差压的第二差压变送器(12)；所述分离器(2)采用双层真空隔热结构，包括内、外两层，两层间设有间隙；分离器(2)上端设有连通内、外两层之间间隙的出气嘴，出气嘴连接有防止外部空气进入分离器(2)的单向阀；该测量方法包括如下步骤：1)对分离器(2)进行抽真空处理：利用抽真空压力机将分离器(2)内外层之间的空气从出气嘴处排除；2)将要测量的混合均匀的同质气液两相流混合流体接入进口管(1)，通过旋转式粘度计(14)来测量同质气液两相流混合流体的粘度，其中同质气液两相流混合流体流入旋转式粘度计(14)的内、外筒(14‑3、14‑5)之间，填满内、外筒(14‑3、14‑5)之间的空间，然后使电机(14‑1)带动着内筒(14‑3)旋转，通过固定在内筒(14‑3)上的力矩传感器(14‑4)测量同质气液两相流混合流体与内筒(14‑3)之间产生的粘性力矩，再通过计算得到旋转法的等效粘度μ₁；随后通过分离器(2)将气液两相流进行分离；3)分离后的气体通过分离器(2)上方的倒U形管(3)以及气路文丘里管(7)，通过第一温度传感器(5)和第一压力传感器(6)测量气体在经过分离器(2)后的温度和压力，再利用第一差压变送器(8)测得压差，利用该压差和文丘里管结构参数计算得到气相流量；另一方面，分离后的液体通过分离器(2)下方的U型管(4)以及液路文丘里管(11)，通过第二温度传感器(9)和第二压力传感器(10)测量液体在经过分离器(2)后的温度和压力，再利用第二差压变送器(12)测量压差，从而利用该压差和文丘里管结构参数计算得到液相流量；分离后的液体还通过细管式粘度计(15)测量单相液相的细管法的等效粘度μ_l；气体和液体分别经过气路文丘里管(7)和液路文丘里管(11)后再通过出口管(13)再次混合后流出；由气相流量和液相流量求得两相流的质量含气率；再由质量含气率和体积含气率的关系求得体积含气率β；4)通过求得的体积含气率β以及细管式粘度计测得的细管法的等效粘度μ_l，再根据经验公式：μ_e＝(1+κ·β)μ_l，求得综合等效粘度μ_e，其中κ为粘度修正参数，取值范围为0.005到0.025；再将此综合等效粘度μ_e与通过旋转法求取的等效粘度μ₁进行对比处理得到最终的同质气液混合两相流的等效粘度，对比处理具体采用修改粘度修正参数κ的值，使得综合等效粘度μ_e和通过旋转法求取的等效粘度μ₁的相对误差满足小于等于5％的工程要求；所述旋转式粘度计(14)包括电机(14‑1)、转子(14‑2)、内筒(14‑3)、外筒(14‑5)、力矩传感器(14‑4)以及支架(14‑6)；所述电机(14‑1)与转子(14‑2)轴连接，转子(14‑2)与内筒(14‑3)固定连接，所述力矩传感器(14‑4)设于内筒(14‑3)的外侧壁上，内筒(14‑3)设于外筒(14‑5)内，外筒(14‑5)与U形管(4)的内部连通；所述电机(14‑1)、外筒(14‑5)均固定于支架(14‑6)上；所述气相流量计算公式为：其中：C₁——气体流出系数，ε₁——气体可膨胀系数，β₁——气路文丘里管直径比，A₁——气路文丘里管孔板开孔面积，ρ₁——气体密度，Δp₁——气路文丘里管压差；其中气路文丘里管直径比d₁为气路文丘里管内径，D₁为气路文丘里管外径；气路文丘里管孔板开孔面积所述液相流量的计算公式为：其中：C₂——液体流出系数，β₂——液路文丘里管直径比，A₂——液路文丘里管孔板开孔面积，ρ₂——液体密度，Δp₂——液路文丘里管压差；液路文丘里管直径比d₂为液路文丘里管内径，D₂为液路文丘里管外径，液路文丘里管孔板开孔面积所述的旋转法求取等效粘度的公式为：式中，T为内筒受到的转矩；R_i为内筒半径；R_a为外筒半径；ω_i为内筒旋转角速度；h为内筒高度；μ₁为旋转法求取的等效粘度；π为圆周率；所述细管式粘度计根据泊肃叶定理测得细管法的等效粘度，具体计算公式为：其中r表示细管式粘度计的细管半径；t表示液体流经细管的时间；L表示细管长度；V_t表示t时间内液体所流过的体积；ΔP为细管式粘度计里的细管两端的压差；所述的由气相流量和液相流量求得两相流的质量含气率，其具体计算公式为：其中α为质量含气率；q_m1为气相流量；q_m2为液相流量；所述质量含气率和体积含气率的关系其具体关系式为：在求得质量含气率后，通过该关系式可求得体积含气率；其中β为体积含气率；ρ_g为所述气体的密度；ρ_l为所述液体的密度。