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3.7多相流體的流量測量

3.7.1 多相流的定義

所謂“相”,就是通常所說的物質的態。每種物質在不同的溫度下可以有三種不同的物理狀態,即固態、液態和氣態,這也就是說任何物質都有三相,即固相、液相和氣相。多相流就是在流體流動中不是單相物質,而是有兩種或兩種以上不同相的物質同時存在的一種運動。因此,兩相流動可能是液相和氣相的流動,液相和固相的流動或固相和氣相的流動。也有氣相、液相和固相三相混合物的流動,如氣井中噴出的流體以天然氣為主,但也包含一定數量的液體和泥沙,這是比兩相流更復雜的一種流動。

各種液體混合在一起,有時可成為一種混合均勻的流體,如水和酒精的混合物,有的則不能,例如水和水銀的混合物,后一種混合物的流動具有與兩相流相似的特性。各種氣體混合時都能混合均勻,成為一種單相氣體,因此,各種氣體的混合流動均屬單相流。

3.7.2多相流體流量測量的任務

    兩相流流量可分為兩種,一種為兩相混合物流量,也即兩相流的總流量,另一種為各相的流量,各相流量之和就等于兩相混合物流量。

要確定各相流量,不僅需測定兩相混合物流量,還需測定兩相中任一相在混合物中的含量。以氣液兩相流為例,要確定氣相和液相的質量流量就需測定氣液混合物的質量流量qm和氣相的流量質量含量 Gm。氣相的流量質量含量,根據定義,等于氣相質量流量qG與氣液混合物質量流量qm之比。因此qG就等于qm Gm的乘積,而液相質量流量qL就等于qm和qG之差。所以要對氣液兩相流流量進行完整的測量,一般需要測定兩個參數,即氣液混合物流量qm和氣相的質量流量含量 Gm。

有些流量計如電磁流量計、超聲流量計,其輸出信號僅僅是體積流量,在用來測量兩相流時,由于種種原因又未裝設密度測量儀表,若知道輕相和重相的密度和流量體積比,可利用公式[41]計算出混合物平均密度,進而計算混合物和各相質量流量。

在實際的工程中,由于測量需要的多樣性,有時只需測量兩相混合物的質量流量或體積流量,有時只需測量輕相或重相的質量流量或體積流量,例如,濕蒸汽中的氣相,油水混合物中的油。當然有時是因為測量裝置在局限性或經濟上的原因,只測量兩相流中的部分參數。

 

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