新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置及方法。所述液膜质量流量测量装置包括液膜取出与收集机构、液膜检测机构、质量流量测量机构以及自动控制系统。液膜取出与收集机构中由扩张管和多孔渗透管联合作用，可对多种流量、流速条件下的液膜进行取出。自动控制系统通过接收并处理液膜检测机构、电容式液位计所测数据，同时对气泵、电动伸缩管、电动调节阀、换向器等器件进行PID调节控制，实现了气液两相环状流液膜的精确取出与计量，为环状流液膜质量流量的测量提供了新方法新思路。与现有技术中的液膜取出方法相比，本发明专利技术可实现多种流速流量条件下液膜的精确取出与计量。

【技术实现步骤摘要】
新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置及方法
本专利技术涉及两相流参数检测
，具体地说是一种用于多种流量条件下新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置及方法。
技术介绍
环状流是气液两相流动最典型的流型之一，广泛存在于石油化工、空调制冷系统以及核反应堆冷却等领域。液膜是环状流传质传热的重要载体，液膜的取出与计量对环状流液膜质量流速、气芯液滴夹带率、液滴沉积率等参数的研究以及工业上对传热管壁干涸的预测、提高安全生产等具有重要意义。目前应用最广泛的液膜直接提取方法是萃取法以及多孔介质差压渗透法。液膜萃取装置的示意图如图1所示。萃取法即由孔隙为100μm的萃取管路组成，通过针孔排出气体，由于内外压差，内部液膜在S1段被压出，由于气芯的夹带作用以及液滴的沉降，管壁形成新的液膜，通过S2段取出的液体质量计算液滴沉降率。当再增加排气量，下方可视化流动状态观察管从不透明变为透明，后排气量再增大，都不再观察到变化时假定液膜在S1段被完全取出。但该方法仅适用于流速较低的环状流液膜的取出，当有较高的水流量时很难通过可视化观察判定液膜是否取出完全；同时利用量筒测量液膜体积，加大了人工测量带来的测量误差，且存在实验结果无法远传，数据不能自动采集，响应缓慢等弊端。多孔介质差压渗透法是在萃取法基础上改进而来，其同样通过调节排气量控制取出液膜的流量，通过控制阀取出液膜并称量。该方法判断液膜是否完全取出是当系统的压力、温度和差压等均稳定后，计量当前时间段内的平均流量。按照一定规则增大排气量后，再次计算平均质量流量。对比两次测量结果，若相差小于5%，则认为液膜已全部收集，否则继续成倍增大排气量。采用该方法在判断液膜是否取出时存在两方面弊端，一是两次称量计算造成的滞后性，不能对取出液膜进行实时计量；二是判断液膜是否完全取出的方法不够精确，若排气量过大可能会造成气芯所夹带的液滴同时被取出，造成利用此方法取出液膜并在后续计算气芯液滴夹带率等参数研究的不准确性增大。考虑到萃取介质以及多孔渗水介质平均孔隙直径为100μm，当液膜流量过大或液膜流速过快时，势必会造成液膜取出不完全。所以以上两种方法取出液膜时存在仅适用于低流速、小流量液膜的取出，响应速度慢等弊端。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置及方法，以解决现有技术仅适于低流速、小流量液膜取出，响应速度慢，测量不准确等问题。本专利技术是这样实现的：一种新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置，包括液膜取出与收集机构、液膜检测机构、质量流量测量机构以及自动控制系统；所述液膜取出与收集机构用于实现气液两相环状流中液膜的取出以及收集；所述液膜取出与收集机构包括多孔渗透管、扩张管、电动伸缩管、储液容器和气泵；所述电动伸缩管和所述多孔渗透管分别自所述储液容器相对的两个侧面横向穿过所述储液容器，所述扩张管呈圆台状的变径管结构，所述扩张管的小口径端与所述多孔渗透管端部连接的直管段端部在所述储液容器内相接，所述电动伸缩管的自由端自所述扩张管的大口径端伸入到所述扩张管内并与所述扩张管的内壁之间间隙相接；气液两相环状流中液膜部分可自所述多孔渗透管并经电动伸缩管与扩张管之间的间隙取出，气核部分流向所述电动伸缩管；所述多孔渗透管、所述扩张管以及所述电动伸缩管联合作可用于对不同流量流速条件下气液两相环状流中的液膜进行取出，取出后的液膜进入储液容器内；所述气泵用于调节储液容器与多孔渗透管内的压力差，以使液膜实现顺利完全取出；所述液膜检测机构设置在所述储液容器外侧的电动伸缩管上，通过所述液膜检测机构可以检测经所述多孔渗透管和扩张管后进入所述电动伸缩管内的两相流体中是否存在未被取出的连续液膜；所述质量流量测量机构用于在液膜检测机构判定液膜已完全取出时将储液容器中的液膜导出并进行称量；所述质量流量测量机构包括换向器、储液罐、废液罐、电动调节阀、电子秤和电容式液位计；所述换向器设置在所述储液容器的下方，所述换向器通过导流管与所述储液容器相接，所述储液容器内的液膜可经所述导流管流入所述换向器；所述电动调节阀设置在所述导流管上，通过所述电动调节阀可以调节由储液容器流入所述导流管内液膜的流量大小；在所述换向器上设有两个分支管路，其中一支管路与储液罐相接，另一支管路与废液罐相接；所述储液罐置于所述电子秤上，通过所述电子秤可以称量流入所述储液罐内液膜的质量；所述电容式液位计设置在所述储液容器上，所述电容式液位计用于测量储液容器内液膜的液位，以确保经换向器导出的液膜流量与经多孔渗透管和扩张管取出的液膜流量相等；所述自动控制系统用于接收所述液膜检测机构以及质量流量测量机构所测数据，并对所述液膜取出与收集机构、所述质量流量测量机构进行控制，同时根据所述质量流量测量机构所测数据计算气液两相环状流液膜质量流量。当所述液膜检测机构检测到电动伸缩管内的流体中存在未被取出的连续液膜时，所述自动控制系统控制所述气泵增大排气量和/或控制所述电动伸缩管增大其与扩张管之间的间隙，以便液膜被完全取出；当所述液膜检测机构检测到电动伸缩管内的流体中不存在未被取出的连续液膜时，所述自动控制系统控制换向器使液膜导入废液罐，同时通过控制电动调节阀开度使储液容器内液膜液位保持不变，接着所述自动控制系统控制换向器使液膜导入/导出储液罐，记录两次换向之间的时间间隔；所述自动控制系统根据电子秤所测储液罐内液膜的质量以及液膜导入/导出储液罐的时间间隔计算得到气液两相环状流液膜质量流量。所述液膜检测机构是由两组具有一定间隔的环形电导线圈内嵌在电动伸缩管内壁设计而成；当电动伸缩管内的流体中有连续液膜流过时，所述环形电导线圈与外部电源电路形成回路并输出连续的电流信号；当电动伸缩管内的流体中没有连续液膜流过时，所述环形电导线圈无输出电流或输出断续的电流信号。所述电动伸缩管包括固定主管、活动连接管以及波纹管；所述固定主管穿过所述储液容器的侧面，所述液膜检测机构设置在所述储液容器外侧的固定主管上；所述活动连接管以及所述波纹管位于所述储液容器内，所述波纹管用于连接所述固定主管与所述活动连接管；所述活动连接管的自由端自所述扩张管的大口径端伸入到所述扩张管内并与所述扩张管的内壁之间间隙相接；通过所述波纹管的伸缩可以调节所述扩张管与所述活动连接管自由端之间的间隙。所述储液容器是由有机玻璃构成的长方体结构的容器。本专利技术还提供了一种新型气液两相环状流液膜质量流量测量方法，包括如下步骤：a、搭建新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置；具体是：使电动伸缩管和多孔渗透管分别自储液容器相对的两个侧面横向穿过储液容器，且在储液容器内，多孔渗透管的自由端通过直管段与扩张管的小口径端固接，电动伸缩管的自由端自扩张管的大口径端伸入到扩张管内并与扩张管内壁之间间隙相接；在储液容器一侧设置气泵，在储液容器上方设置电容式液位计，在储液容器外的电动伸缩管上设置液膜检测机构；在储液容器下方通过导流管连接换向器，换向器的两支管路分别接储液罐和废液罐，储液罐置于电子秤，在导流管上设电动调节阀；使电动伸缩管、气泵、电容式液位计、液膜检测机构、电动调节阀、换向器和电子秤均与自动控制系统电连接；b、向上述装置中通入稳定的气液两相环状流，电动调节阀处于打开状态，控制换向器使液膜流入废液罐；c、关闭电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置，其特征是，包括液膜取出与收集机构、液膜检测机构、质量流量测量机构以及自动控制系统；所述液膜取出与收集机构用于实现气液两相环状流中液膜的取出以及收集；所述液膜取出与收集机构包括多孔渗透管、扩张管、电动伸缩管、储液容器和气泵；所述电动伸缩管和所述多孔渗透管分别自所述储液容器相对的两个侧面横向穿过所述储液容器，所述扩张管呈圆台状的变径管结构，所述扩张管的小口径端与所述多孔渗透管的自由端在所述储液容器内固定相接，所述电动伸缩管的自由端自所述扩张管的大口径端伸入到所述扩张管内并与所述扩张管的内壁之间间隙相接；气液两相环状流中液膜部分可自所述多孔渗透管的渗透孔以及扩张管与电动伸缩管之间的间隙取出，气核部分则沿所述电动伸缩管继续流动；所述多孔渗透管、所述扩张管以及所述电动伸缩管联合作用可用于对不同流量条件下气液两相环状流中的液膜进行取出，取出后的液膜进入储液容器内；所述气泵用于调节储液容器与多孔渗透管内的压力差，以使液膜实现顺利完全取出；所述液膜检测机构设置在所述储液容器外侧的电动伸缩管上，通过所述液膜检测机构可以检测经所述多孔渗透管和扩张管后进入所述电动伸缩管内的两相流体中是否存在未被取出的连续液膜；所述质量流量测量机构用于在液膜检测机构判定液膜已完全取出时将储液容器中的液膜导出并进行称量；所述质量流量测量机构包括换向器、储液罐、废液罐、电动调节阀、电子秤和电容式液位计；所述换向器设置在所述储液容器的下方，所述换向器通过导流管与所述储液容器相接，所述储液容器内的液膜可经所述导流管流入所述换向器；所述电动调节阀设置在所述导流管上，通过所述电动调节阀可以调节由储液容器流入所述导流管内液膜的流量大小；在所述换向器上设有两个分支管路，其中一支管路与储液罐相接，另一支管路与废液罐相接；所述储液罐置于所述电子秤上，通过所述电子秤可以称量流入所述储液罐内液膜的质量；所述电容式液位计设置在所述储液容器上，所述电容式液位计用于测量储液容器内液膜的液位，以确保经换向器导出的液膜流量与经多孔渗透管和扩张管取出的液膜流量相等；所述自动控制系统用于接收所述液膜检测机构以及质量流量测量机构所测数据，并对所述液膜取出与收集机构、所述质量流量测量机构进行控制，同时根据所述质量流量测量机构所测数据计算气液两相环状流液膜质量流量。...

【技术特征摘要】
1.一种新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置，其特征是，包括液膜取出与收集机构、液膜检测机构、质量流量测量机构以及自动控制系统；所述液膜取出与收集机构用于实现气液两相环状流中液膜的取出以及收集；所述液膜取出与收集机构包括多孔渗透管、扩张管、电动伸缩管、储液容器和气泵；所述电动伸缩管和所述多孔渗透管分别自所述储液容器相对的两个侧面横向穿过所述储液容器，所述扩张管呈圆台状的变径管结构，所述扩张管的小口径端与所述多孔渗透管的自由端在所述储液容器内固定相接，所述电动伸缩管的自由端自所述扩张管的大口径端伸入到所述扩张管内并与所述扩张管的内壁之间间隙相接；气液两相环状流中液膜部分可自所述多孔渗透管的渗透孔以及扩张管与电动伸缩管之间的间隙取出，气核部分则沿所述电动伸缩管继续流动；所述多孔渗透管、所述扩张管以及所述电动伸缩管联合作用可用于对不同流量条件下气液两相环状流中的液膜进行取出，取出后的液膜进入储液容器内；所述气泵用于调节储液容器与多孔渗透管内的压力差，以使液膜实现顺利完全取出；所述液膜检测机构设置在所述储液容器外侧的电动伸缩管上，通过所述液膜检测机构可以检测经所述多孔渗透管和扩张管后进入所述电动伸缩管内的两相流体中是否存在未被取出的连续液膜；所述质量流量测量机构用于在液膜检测机构判定液膜已完全取出时将储液容器中的液膜导出并进行称量；所述质量流量测量机构包括换向器、储液罐、废液罐、电动调节阀、电子秤和电容式液位计；所述换向器设置在所述储液容器的下方，所述换向器通过导流管与所述储液容器相接，所述储液容器内的液膜可经所述导流管流入所述换向器；所述电动调节阀设置在所述导流管上，通过所述电动调节阀可以调节由储液容器流入所述导流管内液膜的流量大小；在所述换向器上设有两个分支管路，其中一支管路与储液罐相接，另一支管路与废液罐相接；所述储液罐置于所述电子秤上，通过所述电子秤可以称量流入所述储液罐内液膜的质量；所述电容式液位计设置在所述储液容器上，所述电容式液位计用于测量储液容器内液膜的液位，以确保经换向器导出的液膜流量与经多孔渗透管和扩张管取出的液膜流量相等；所述自动控制系统用于接收所述液膜检测机构以及质量流量测量机构所测数据，并对所述液膜取出与收集机构、所述质量流量测量机构进行控制，同时根据所述质量流量测量机构所测数据计算气液两相环状流液膜质量流量。2.根据权利要求1所述的新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置，其特征是，当所述液膜检测机构检测到电动伸缩管内的流体中存在未被取出的连续液膜时，所述自动控制系统控制所述气泵增大排气量和/或控制所述电动伸缩管增大其与扩张管之间的间隙，以便液膜被完全取出；当所述液膜检测机构检测到电动伸缩管内的流体中不存在未被取出的连续液膜时，所述自动控制系统控制换向器使液膜导入废液罐，同时通过控制电动调节阀使储液容器内液膜液位保持不变，接着所述自动控制系统控制换向器使液膜导入/导出储液罐，记录两次换向之间的时间间隔；所述自动控制系统根据电子秤所测储液罐内液膜的质量以及液膜导入/导出储液罐的时间间隔计算得到气液两相环状流液膜质量流量。3.根据权利要求1所述的新型气液两相环状流液膜质量流量测量装置，其特征是，所述液膜检测机构是由两组有一定间隔的环形电导线圈内嵌...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宁，刘雨航，郝晓倩，方立德，郭素娜，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13