微管道内两相流的摩擦压降和相含率测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微管道内两相流的摩擦压降和相含率测量装置及方法。水槽依次经离心泵、第一手动阀、转子水表后连接到混相器的输入端，压缩空气依次经空气过滤器、流速控制阀、压力控制阀、第二手动阀后连接到混相器的输入端，压力控制阀和第二手动阀之间有压力计、气体流量计，混相器的输出端与微管道的输入口连接，微管道的输出口连接回水槽；测量外壳上安装有电阻抗传感器，电阻抗传感器的探头伸入连接到微管道，电阻抗传感器与正弦信号发生器连接。本发明专利技术有效地解决了对微管道内的摩擦压降和相含率的测量，实验测得的数据对现有的微尺寸细管内(两相流运动)的预测方法的适用性进行了评估，且测试装置结构简单、实际应用性强。

Device and method for measuring frictional pressure drop and phase holdup of two-phase flow in Microchannel

The invention discloses a device and a method for measuring the frictional pressure drop and phase holdup of two phase flow in a micro pipe. After centrifugal pump, first manual valve and rotor water meter are connected to the input end of the mixer in turn, compressed air is connected to the input end of the mixer through air filter, flow rate control valve, pressure control valve and second manual valve in turn, and pressure control valve and second manual valve are connected to the pressure meter, gas flowmeter and miscible phase. The output end of the device is connected with the input port of the micro-pipe, and the output port of the micro-pipe is connected with the backwater tank; the measuring shell is equipped with an impedance sensor, and the probe of the impedance sensor is connected with the micro-pipe, and the impedance sensor is connected with the sinusoidal signal generator. The invention effectively solves the measurement of frictional pressure drop and phase holdup in micro-pipes, and the experimental data evaluates the applicability of the existing prediction methods for Micro-Pipes (two-phase flow movement), and the testing device has simple structure and strong practical application.

【技术实现步骤摘要】
微管道内两相流的摩擦压降和相含率测量装置及方法
本专利技术涉及一种测量固液参数的装置及方法，尤其涉及了一种微管道内两相流的摩擦压降和相含率测量装置及方法。
技术介绍
在石油、化工、动力、核能、制冷、低温以及航空航天等工业领域中，气液两相流体系广泛存在，并且发挥不可或缺的作用。对气液两相流相关参数的检测方法的研究具有学术科研意义和工程应用价值。然而，气液两相流的相界面时刻变化，存在相对速度的同时还具有传热、传质等特性，这些复杂多变的问题使得气液两相流参数检测始终是一难题。国内外众多研究人员对此进行了大量的研究工作。随着管道水力直径的减小，微道气液两相流较常规管道气液两相流在流动特性方面有着较大的不同：液体表面张力、管路的粗链程度、管路的表面结构等因素对流动特性的影响渐渐变大，重力作用相对被削弱。较常规管道，对微道气液两相流的研究较少，缺乏完善的理论基础与相关机理模型，检测技术尚不成熟，微道气液两相流参数检测成为两相流领域研究新热点。对微道气液两相流参数检测的研究具有广阔的工业前景与科研意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供了一种微管道内两相流的摩擦压降和相含率测量装置及方法，是非侵入性的，测量系统是便携式的、独立的。摩擦压降和相含率是设计管路和处理系统的重要参数，一直是许多实验研究和大量经验和半分析类预测方法的研究目标。本专利技术对小尺寸管道内做了研究，提供了能够直接测量两相流相含率的电阻抗相含率传感器，也提供了相含率计算方法。本专利技术所采用的的技术方案是：一、一种微管道内气液两相流的摩擦压降和相含率测量装置：包括水槽、离心泵、第一手动阀、转子水表、混相器、测量外壳、连接管、电阻抗传感器、正弦信号发生器、第二手动阀、气体流量计、压力计、压力控制阀、流速控制阀、空气过滤器和压缩空气；水槽依次经离心泵、第一手动阀、转子水表后连接到混相器的一个输入端，压缩空气依次经空气过滤器、流速控制阀、压力控制阀、第二手动阀后连接到混相器的另一个输入端，压力控制阀和第二手动阀之间设置有压力计、气体流量计，混相器的输出端与测量外壳内的微管道的输入口连接，微管道的输出口经连接管连接回水槽；测量外壳上安装有电阻抗传感器，电阻抗传感器的探头伸入连接到微管道，电阻抗传感器与正弦信号发生器连接。水和空气在混相器中混合形成两相流后被引导到微管道的输入口，微管道从输出口的两相流通过连接管流回水槽，空气被释放到环境大气中。所述的微管道采用内径小于等于1.2mm的管道，管道壁面开通孔，通孔直径为10mm。所述的混相器包括圆管和装在圆管内的多孔管，圆管入口连接转子水表的出口，内径10mm的多孔管插入连接内径20mm的圆管，多孔管沿管道轴向的壁面间隔均布设有18个细孔，多孔管的一端穿出圆管后连接手动阀的出口；水流经转子水表进入圆管，空气经手动阀进入多孔管，再从多孔管的细孔流出后与圆管内的水流汇合形成两相流，再从圆管出口流入到测量外壳中。所述电阻抗传感器的电极探头连接到位于靠近微管道出口处，并且电极探头与微管道的输入口之间的距离l满足：l/D>60，D是微管道的水力学直径；电阻抗传感器的电极探头伸入到微管道内，并和微管道内的两相流直接接触，电极探头包括两个不锈钢电极，两个不锈钢电极分别为一个发射电极和一个接受电极，两个不锈钢电极被一个隔离件分开。所述的电阻抗传感器的信号输出口经数据采集系统和计算机连接。所述的测量外壳在分别靠近输入口和输出口处安装有绝对压力变送器和差压变送器，绝对压力变送器和差压变送器均连接到交流/直流电源，由交流/直流电源对绝对压力变送器和差压变送器进行供电控制。二、一种微管道内气液两相流的摩擦压降和相含率测量方法：将电阻抗传感器的电极探头连接到位于靠近测量外壳出口处，电极探头伸入到测量外壳内并和测量外壳内的两相流直接接触，电极探头输出电压信号，先依次经过放大、整流、滤波处理，测量得到瞬时和平均的电压输出值和对应的参考相含率进行拟合获得标准曲线，然后用一个标准曲线对待测两相流进行处理换算为对应的相含率。所述的参考相含率采用以下公式计算：根据液相和气相的质量流量做为输入参数，采用以下公式计算获得平均相含率α作为参考相含率：其中，χ为气相质量含率，H1、H2、H3、H4分别表示第一、第二、第三、第四系数；ρL表示液体的密度，μL表示液体的当前平均动力学粘度，ρg表示气体的密度，μg表示气体的当前平均动力学粘度。本专利技术的有益效果是：本专利技术有效地解决了对微管道内的摩擦压降和相含率的测量，实验测得的数据对现有的微尺寸细管内(两相流运动)的预测方法的适用性进行了评估，且测试装置结构简单、实际应用性强。附图说明图1为本专利技术装置的结构图。图2为本专利技术混相器的内部结构图。图3为本专利技术实施例相含率测量获得的标准曲线示意图。图1中：1、水槽，2、离心泵，3、第一手动阀，4、转子水表，5、混相器，6、输入口，7、测量外壳，9、输出口，10、连接管，11、绝对压力变送器，12、差压变送器，13、交流/直流电源，14、电阻抗传感器，15、正弦信号发生器，16、第二手动阀，17、气体流量计，18、压力计，19、压力控制阀，20、流速控制阀，21、空气过滤器，22、压缩空气，23、数据采集系统，24、计算机，25、微管道。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术做进一步说明。本专利技术方案包括管道、相含率测量装置和计算机24，管道竖直布置安装，相含率测量装置与计算机24连接。如图1所示，本专利技术具体实施包括水槽1、离心泵2、第一手动阀3、转子水表4、混相器5、测量外壳7、连接管10、电阻抗传感器14、正弦信号发生器15、第二手动阀16、气体流量计17、压力计18、压力控制阀19、流速控制阀20、空气过滤器21和压缩空气22；水槽1依次经离心泵2、第一手动阀3、转子水表4后连接到混相器5的一个输入端，压缩空气22依次经空气过滤器21、流速控制阀20、压力控制阀19、第二手动阀16后连接到混相器5的另一个输入端，压力控制阀19和第二手动阀16之间设置有压力计18、气体流量计17，压力计18和气体流量计17分别用于检测气体压力和气体流量，混相器5的输出端与测量外壳7内的微管道25的输入口6连接，测量外壳7内部设置微管道25，微管道25的输出口9经连接管10连接回水槽1；测量外壳7上安装有电阻抗传感器14，电阻抗传感器14的探头伸入连接到微管道25，电阻抗传感器14与正弦信号发生器15连接。正弦信号发生器15与计算机24连接，计算机24发出控制信号通过正弦信号发生器15对电阻抗传感器14进行测量控制。水槽1内的水由离心泵2驱动流出，水槽的容积大约为1m^3，水槽的容量足以满足保持水温稳定和控制雷诺数的需要，水流速由手动阀3控制并通过转子水表4测量确定。其中，雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量度，它是一个无量纲数。压缩空气22流经空气过滤器21后，通过手动阀16、压力控制阀19和流速控制阀20用于控制气相介质的流动特性，通过压力计18和气体流量计17测量得到气体压力和气体体积流量。水和空气在混相器5中混合形成两相流后被引导到微管道25的输入口6，微管道25从输出口9的两相流通过连接管10流回水槽1，空气被释放到环境大气中。微管道25采用内径小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微管道内气液两相流的摩擦压降和相含率测量装置，其特征是：包括水槽(1)、离心泵(2)、第一手动阀(3)、转子水表(4)、混相器(5)、测量外壳(7)、电阻抗传感器(14)、正弦信号发生器(15)、第二手动阀(16)、气体流量计(17)、压力计(18)、压力控制阀(19)、流速控制阀(20)和空气过滤器(21)；水槽(1)依次经离心泵(2)、第一手动阀(3)、转子水表(4)后连接到混相器(5)的一个输入端，压缩空气(22)依次经空气过滤器(21)、流速控制阀(20)、压力控制阀(19)、第二手动阀(16)后连接到混相器(5)的另一个输入端，压力控制阀(19)和第二手动阀(16)之间设置有压力计(18)、气体流量计(17)，混相器(5)的输出端与测量外壳(7)内的微管道(25)的输入口(6)连接，微管道(25)的输出口(9)经连接管(10)连接回水槽(1)；测量外壳(7)上安装有电阻抗传感器(14)，电阻抗传感器(14)的探头伸入连接到微管道(25)，电阻抗传感器(14)与正弦信号发生器(15)连接。

【技术特征摘要】
1.一种微管道内气液两相流的摩擦压降和相含率测量装置，其特征是：包括水槽(1)、离心泵(2)、第一手动阀(3)、转子水表(4)、混相器(5)、测量外壳(7)、电阻抗传感器(14)、正弦信号发生器(15)、第二手动阀(16)、气体流量计(17)、压力计(18)、压力控制阀(19)、流速控制阀(20)和空气过滤器(21)；水槽(1)依次经离心泵(2)、第一手动阀(3)、转子水表(4)后连接到混相器(5)的一个输入端，压缩空气(22)依次经空气过滤器(21)、流速控制阀(20)、压力控制阀(19)、第二手动阀(16)后连接到混相器(5)的另一个输入端，压力控制阀(19)和第二手动阀(16)之间设置有压力计(18)、气体流量计(17)，混相器(5)的输出端与测量外壳(7)内的微管道(25)的输入口(6)连接，微管道(25)的输出口(9)经连接管(10)连接回水槽(1)；测量外壳(7)上安装有电阻抗传感器(14)，电阻抗传感器(14)的探头伸入连接到微管道(25)，电阻抗传感器(14)与正弦信号发生器(15)连接。2.根据权利要求1所述的一种微管道内气液两相流的摩擦压降和相含率测量装置，其特征是：水和空气在混相器(5)中混合形成两相流后被引导到微管道(25)的输入口(6)，微管道(25)从输出口(9)的两相流通过连接管(10)流回水槽(1)，空气被释放到环境大气中。3.根据权利要求1所述的一种微管道内气液两相流的摩擦压降和相含率测量装置，其特征是：所述的微管道(25)采用内径小于等于1.2mm的管道，管道壁面开通孔，通孔直径为10mm。4.根据权利要求1所述的一种微管道内气液两相流的摩擦压降和相含率测量装置，其特征是：所述的混相器(5)包括圆管和装在圆管内的多孔管，圆管入口连接转子水表(4)的出口，内径10mm的多孔管插入连接内径20mm的圆管，多孔管沿管道轴向的壁面间隔均布设有18个细孔，多孔管的一端穿出圆管后连接手动阀(16)的出口；水流经转子水表(4)进入圆管，空气经手动阀(16)进入多孔管，再从多孔管的细孔流出后与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁军，宋情洋，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33