基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法，基于三轴加速度探头测量涡致加速度波动信号，利用涡街频率和加速度幅值信息进行建模，利用牛顿迭代算法进行湿气分相流量预测，包括下列步骤：采集压力p、温度T和三轴加速度探头输出的加速度时序信号；提取加速度幅值和涡街脱落频率；计算未进行过读修正的涡街流量计示值，将其作为气相体积流量Q

Measurement method of vortex street moisture phase separation flow based on acceleration detection

【技术实现步骤摘要】
基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法


[0001]本专利技术属于气液两相流测量领域，涉及一种基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法。

技术介绍

[0002]湿气两相流动广泛存在于工业生产和日常生活中，如天然气、石油、化工、供热等，其中环雾状流是最重要的湿气流型。对湿气两相流的准确剂量对于安全生产和能源保护至关重要，直接关系到国民经济的发展。以天然气行业为例，无论是凝析天然气的开采、集输和贸易，都需要对湿气流量进行精确计量，以优化配井和生产、减少运营成本、有效增加经济效益。
[0003]针对湿气两相流测量，目前主要有两类测量方法。传统方法是分离之后再分相计量，设备昂贵、体积庞大、无法实现在线测量，而且应用场合受限[1]。另一种方法是利用传统单相流量仪表进行非分离的在线测量方法，由于其具有体积小、安装方便、可实现在线测量等优点，越来越多地受到国内外厂家和学者的重视。其中，涡街流量计因其运行稳健、压损小、量程比高、无可动部件等优势，被广泛用于湿气两相的在线测量。然而，受气相中少量液相加载的影响，涡街流量计的仪表特性发生改变，导致测得的气相流量偏高，引起过读问题[2]。如不进行必要修正，将严重影响涡街湿气两相计量精度的提高。
[0004]针对两相涡街过读问题，研究者提出了不同的过读关联式。文献[3]建立了涡街过读OR与洛马参数的关联式，文献[4]用五阶多项式对OR
‑
体积含液率进行拟合，文献[5]结合两相涡量输运机制，提出了基于液滴参数的涡街过读物理模型。由上述研究可知，涡街过读与液相含量有关。因此要对涡街过读进行补偿，必须首先已知液相流量或液滴参数。对于液相流量参数，传统方法是利用微波法、射线法或等速采样法测量[6]。对于液滴参数测量，主要有光学法、超声法、电导法等。这些液相/液滴测量方法，往往受限于成本、测量环境和复杂度等，如微波法和射线法具有安全隐患，等速采样法无法实现在线测量，超声法信号处理过程复杂等，光学法一般要求管路透明且为低压，且光学元件造价高、成本高，因此难以推广使用。此外，湿气中液相含量较小，液相测量精度难以保证，有可能造成校正过度，引起更大的测量误差。目前仅通过一台涡街流量计还难以实现湿气流量的准确计量。
[0005]对于涡街流量传感器，除了传统的压电探头之外，基于加速度测量和MEMS技术的涡街探头也越来越多地应用到涡街流量测量中。专利201310694919.0和202010232329.6设计了一种基于三轴加速度测量的柔性涡街探头，专利202010235303.7提供了一种基于加速度测量的涡街信号检测方法，专利202010837885.6提供了一种基于涡街加速度探头的质量流量测量方法。专利201610829695.3设计了一种音速喷嘴气体实验装置，可用于涡街流量计单相测量特性标定，专利201810644726.7设计了一种多参数可调的环雾状流实验系统，可用于湿气两相测量特性标定。
[0006]参考文献
[0007][1].林宗虎.气液两相流与沸腾传热[M].西安：西安交通大学出版社，2004.
[0008][2].J.X.Li,C.Wang,H.B.Ding,Z.X,Zhang and H.J.Sun,“EMD and spectrum
‑
centrobaric
‑
correction
‑
based analysis of vortex street characteristics in annular mist flow of wet gas”,IEEE Trans.Instrum.Meas.,vol.37,no.5,pp.1150
–
1160,May 2018.
[0009][3].Stewart D G.The evaluation of dry gas meters in wet gas conditions[J].National Engineering Laboratory,London,2002,33:58.
[0010][4].Jia Y F,Kong D R.A study on measurement uncertainty of a vortex flow meter in discrete liquid phase[C].Advanced Materials Research.Trans Tech Publications,2012,346:593
‑
599.
[0011][5].Jinxia Li,Chao Wang,Hongbing Ding,Hongjun Sun.A new overreading model for wet gas vortex metering based on vorticity transport mechanism.Measurement,2020,162:107884.
[0012][6].ASME,ASME MFC
‑
19G
‑
2008,Wet gas flowmetering guideline.American Society of Mechanical Engineers,USA,2008.

技术实现思路

[0013]本专利技术针对涡街流量计在湿气两相流中的测量过读问题，提出一种新的基于加速度检测和牛顿迭代的湿气分相流动测量方法，本专利技术具有安全可靠，预测精度较高的优点。本专利技术的技术方案如下：
[0014]一种基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法，基于三轴加速度探头测量涡致加速度波动信号，利用涡街频率和加速度幅值信息进行建模，利用牛顿迭代算法进行湿气分相流量预测，包括下列步骤：
[0015]1)采集压力p、温度T和三轴加速度探头输出的加速度时序信号；
[0016]2)通过压力p和温度T分别计算气体密度ρ
g
、液体密度ρ
l
和液相表面张力σ；
[0017]3)通过加速度时序信号提取加速度幅值A和涡街脱落频率f
VS
；
[0018]4)根据涡街脱落频率f
VS
，计算未进行过读修正的涡街流量计示值Q
g,apparent
；将其作为气相体积流量Q
g
的迭代初值，即Q
g,0
＝Q
g,apparent
，下标n＝0代表初值；
[0019]5)代入牛顿迭代格式进行求解：
[0020][0021]上式中相关参数说明如下：
[0022]Q
g,n
代表上次迭代结果，Q
g,n+1
代表本次迭代结果；
[0023]D为管道公称直径；
[0024]a1、a2为常数系数，在干气工况下按照函数A0＝a1ρ
g
exp(a2U
sg
)标定得到，其中，A0代表干气工况加速度幅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度检测的涡街湿气分相流量测量方法，基于三轴加速度探头测量涡致加速度波动信号，利用涡街频率和加速度幅值信息进行建模，利用牛顿迭代算法进行湿气分相流量预测，包括下列步骤：1)采集压力p、温度T和三轴加速度探头输出的加速度时序信号；2)通过压力p和温度T分别计算气体密度ρ
g
、液体密度ρ
l
和液相表面张力σ；3)通过加速度时序信号提取加速度幅值A和涡街脱落频率f
VS
；4)根据涡街脱落频率f
VS
，计算未进行过读修正的涡街流量计示值Q
g,apparent
；将其作为气相体积流量Q
g
的迭代初值，即Q
g,0
＝Q
g,apparent
，下标n＝0代表初值；5)代入牛顿迭代格式进行求解：上式中相关参数说明如下：Q
g,n
代表上次迭代结果，Q
g,n+1
代表本次迭代结果；D为管道公称直径；a1、a2为常数系数，在干气工况下按照函数A0＝a1ρ
g
exp(a2U
sg
)标定得到，其中，A0代表干气工况加速度幅值，气相表观流速U
sg
＝4Q
g
/πD2；b1、b2、b3和b4为常数系数，在湿气工况下按照函数A
*
＝b1We
g2
+b2We
g
+b3+b4We
l
标定得到，其中，无量纲幅值气相韦伯数液相韦伯数液相表观流速U
sl
＝4Q
l
/πD2；c为常数系数，α和β为常数幂指数，在湿气工况下按照函数OR＝1+cWe
gα
We
lβ
标定得到，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金霞，肖志利，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：