旋进旋涡与V锥组合计量气液两相流实验研究

目的解决低渗透气田在井间串联、井口混输计量模式下,单井产气、产液量无法准确计量的技术难题。方法基于旋进旋涡流量计和V锥流量计的单相计量原理,通过开展空气-水两相流的室内实验,分析了不同运行压力、气液比以及表观气速下单相流量计的混相计量误差变化规律。借助量纲分析法,分别建立了进动频率和压降与相关无量纲准数的关联公式,并采用室内实验数据分别进行了混相条件下的参数修正,利用两种流量计串联组合的方式,提出了一种适用于低含液率的湿气双参数组合计量模型,并采用延安气田现场的实流数据对模型计算精度进行了验证。结果室内实验时,当湿气体积含液率小于1%时,旋进旋涡进动频率随体积含液率的升高而降低,出现“欠读”现象,而V锥流量计的计量压降随体积含液率的升高而增大,产生“过读”现象。当体积含液率大于1%时,由于气相含液量偏大,造成旋涡进动信号下降规律不明显,从而导致组合计量模型的结果可能出现失真,现场实流测试结果显示,组合计量模型的气相体积流量的平均相对误差为2.029%,液相体积流量的平均相对误差为15.066%,体积含液率的平均绝对误差为0.059%。结论旋进旋涡与V锥流量计的组合计量模型在气相含液量较低时,气相和液相的计量精度可满足现场生产需要,且加工设计成本较低,可以为延安气田排水采气井的气液混相计量提供技术支持。

双发进气道风洞试验系统的设计与应用

为全面满足进气道试验不同工况性能匹配和相互干扰试验的需求,同时解决流量控制能力不足和流场畸变较大时流量测量误差大等问题,在FL-12风洞研制了一套双发进气道试验系统。采用光滑外形的整流罩和由蜂窝器、阻尼网组成的整流装置,以提高流量计的流场品质和测量精度;采用单台大流量柱形分布式引射器,以满足双发进气道流量需求;采用基于RTEX网络协议的控制系统,以实现节流锥位置的闭环控制和精确定位。通过校准试验和风洞试验验证了流量计的性能和参数,测试了试验系统的综合能力。试验结果表明:流量计的流场均匀性相对于进气道有明显提升,在常用节流锥行程范围内,其综合测量精度可达到0.1%,同时能准确模拟进气道需要的吸入流量。因此,该系统能全面满足双发进气道风洞试验的需求,为飞行器进气道的设计和优化提供重要支撑。

新型内外管差压流量计特性研究

针对现有各种流量计机械结构较复杂、节流方式对流体的扰动大、差压信号稳定性不足的缺点,设计了一种新型内外管差压流量计。运用三维CFD模拟仿真软件对其结构进行优化设计,通过实验验证了内外管差压流量计三维CFD仿真分析结果的可靠性。以内锥流量计作为参照对象,对内外管差压流量计的特性进行了对比分析,对比分析的结果表明,内外管差压流量计较内锥流量计压力损失小、压损比小、差压信号稳定性高。为了得到本装置的其他特性参数,又进行了大量的标定试验,实验结果表明测量精度、量程比等参数均满足技术标准的要求。

V形内锥流量计关键参数对流出系数的影响

将计算流体动力学仿真试验和实流物理试验相结合,剖析V形内锥流量计的流出系数特性,探索不同等效直径比β、前后锥角以及雷诺数等对流出系数的影响规律。湍流模型为RNG k-ε模型。针对100 mm口径,设计了β值分别为0.50、0.65、0.85,前锥角分别为40°、45°、50°,后锥角分别为120°、130°、140°,共27种组合的V形内锥体,仿真介质为水,温度为293 K。经过数值模拟试验,获得了27条内锥流量计流出系数特性曲线。为进一步验证仿真试验结果,在已有实流试验系统的基础上,建立针对V形内锥流量计的专用自动标定平台。两类试验数据比较发现:内锥流量计的流出系数不仅和雷诺数有关,还与等效直径比β及前后锥角相关。首先,β值越大,流出系数越小,且β值越大,流出系数更易受雷诺数的影响;其次,β值相同时,前锥角对流出系数具有决定性的影响,而后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响;第三,较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响。数值模拟试验预测平均误差约5%,最大值小于10%。

基于RNGk-ε模型的内锥流量计气体流出系数预测

将计算流体动力学(CFD)气体仿真实验和物理实验相结合,探索不同等效直径比、前后锥角等关键几何参数以及雷诺数对内锥流量计气体流出系数的影响规律.湍流模型为RNGκ-ε模型,实验样机为27种锥体组合结构,实验介质为常温常压空气.仿真实验表明:等效直径比对内锥流量计气体流出系数有决定性影响;前锥角有较大影响,而后锥角对其影响不显著;流出系数随雷诺数增大而趋于常数.利用实流物理实验标定装置对仿真结果进行验证。气体流出系数的预测精度在2%～7%之间.

V型内锥流量传感器使用灵活性研究

利用数值仿真和实验相结合的研究方法,主要研究V型内锥流量传感器的使用灵活性和安装条件,针对50 mm口径的管道,通过长200 mm的渐扩和渐缩管与100 mm口径等效直径比分别为0.45/0.65/0.85 3种结构类型的样机进行连接,对50 mm口径的管道进行常温水流量测量。设计并进行了基线和扩管2类实验,仿真预测结果和实验结论吻合,研究结果表明,在一定的前直管段安装条件下,其流出系数相对误差和附加不确定度满足性能指标要求。研究结果可为V型内锥流量传感器实际安装和使用提供一定的参考。

上游单弯头对内锥流量计性能影响的仿真与实验研究

旨在获取上游安装单个90°弯头条件时内锥流量计所需要的最短直管段长度。将计算流体动力学数值仿真和实流实验有机结合,通过数值仿真揭示速度场与压力的分布信息,预测上游弯头及直管段长度对内锥流量计流出系数的影响规律,并结合实流实验进行验证。仿真和实验的介质均为常温水,雷诺数范围分别为0.498×105～4.98×105和0.14×105～5.1×105。实验包含基线实验与弯头实验两种类型,以基线实验为基准,其中节流比分别为0.45/0.65/0.85,利用平均流出系数相对误差及附加不确定度作为安装条件影响的主要评价标准,给出上游单个90°弯头的直管段长度,并与国外研究结论进行了比较。

内锥流量计流出系数预测方法研究

采用标准k-ε模型、RNG(Renormalization Group)k-ε模型、Realizablek-ε模型和Reynolds应力方程模型RSM(Reynolds Stress Model)对100 mm口径6种结构的内锥流量计内流场进行了数值模拟。在等效直径比β值为0.65的三种结构内锥流量计流出系数的仿真计算中,四种湍流模型计算结果与物理实验结果误差的平均值分别为4.19%,2.84%,2.88%和-0.822%;对β值为0.85的情况,各模型计算误差的平均值分别为11.8%,9.62%,9.30%和4.76%。研究结果表明,RSM模型在6种结构内锥流量计流出系数的预测中,计算精度较高,表现出了较好的性能,优于三种k-ε涡粘模型,更适于内锥流量计流场数值模拟与流出系数的预测。

V锥流量计的CFD数值模拟与分析

运用计算流体力学(CFD)方法,对V锥流量计进行了数值模拟,得到了锥体上的压力和速度的详细分布情况,并对其进行了分析。数值模拟得到的压差值与试验结果能较好吻合,这对V锥流量计的优化设计具有一定意义。

上游双弯头对内锥流量计性能的影响

为提高对内锥流量计安装与使用条件的认识,开展了上游连续两个90°在同一平面成S型结构和互成垂直平面上弯头的数值仿真与实流实验研究。研制了实验样机一套,β值分别为0.45/0.65/0.85。利用平均流出系数相对误差及附加不确定度作为安装条件影响的主要评价标准,研究结果表明:对于β值分别为0.45/0.65/0.85的内锥流量计,在互成垂直面双弯头安装条件下所需最短直管段长度均为1D;在同平面S型双弯头安装条件下所需最短直管段长度分别为1D/1D/2D。

基于碳平衡法的汽车燃油消耗量快速测量系统开发

根据碳平衡法测油耗的原理,建立了采用锥形流量计的碳平衡法汽油车油耗测量模型及测量系统;设计了用于稀释排气流量测量的锥形流量计和用于稀释排气成分(CO、CO2、HC)浓度测量的气体分析装置;采用变频器调节电动机的转速来实现排气流量稀释系数的自动调节;使用VB.net和虚拟仪器技术开发了相应的自动测试软件;进行了实车试验,与油耗仪实测结果进行了对比。试验结果表明,系统具有较高的精度及稳定性,对实现检测线上车辆耗油量的快速不解体测量有重要推动作用。

湍流模型对双支撑型V锥流量计的适用性研究

本研究旨在探索一种适用于双支撑型V锥流量计仿真工作的湍流模型。以50 mm、100 mm、200 mm口径共计6种样机为研究对象,在常温常压条件下,以水为介质,雷诺数范围为1.0×10^4-29.9×10^4,分别采用标准k-ε、RNG k-ε以及SST k-ω3种湍流模型对其流出系数及其线性度误差指标进行仿真预测。为验证仿真准确度,同时开展实流实验研究,将仿真预测结果与实流实验进行对比,结果表明SST k-ω模型对于不同结构的V锥流量计的仿真线性度误差在0.04%-0.32%,与实流实验吻合较好。利用SST k-ω模型预测的流出系数与实验数据的平均误差为6.6%,优于经典的k-ε模型,更适用于双支撑型V锥流量计流场仿真和流出系数的预测。

关键因素对内锥流量计压损的影响

为提高对内锥流量计压力损失的认识,获得高准确度的压损计算公式,开展了关键因素对内锥流量计压损影响的实流实验研究。实验介质为常温水,雷诺数范围0.14×105～4.2×105。设计等效直径比分别为0.45、0.55、0.65、0.75、0.85的实验样机一套,从永久压损与相对压损2个角度进行分析。研究表明,一方面等效直径比相同而雷诺数不同时,内锥流量计的永久压损随雷诺数的增大而增大,在对数坐标系下成线性关系;雷诺数相同而等效直径比不同时,永久压损随等效直径比的增大而减小;另一方面,内锥流量计的相对压损与雷诺数无关,与等效直径比相关,随等效直径比的增大而减小。将本研究给出的内锥流量计相对压损计算公式与国外公式预测结果进行了比较,最大偏差为21%;同时,与国外测试的不同流量计相对压损曲线进行了比较,得出本套样机相对压损曲线介于孔板和喷嘴之间,且更靠近孔板的结论。

双锥流量计流出系数特性的数值模拟与试验研究

提出了一种新型的差压式流量计———双锥流量计,利用Fluent仿真软件与实流实验相结合的方法,探索雷诺数、双锥直径比β对双锥流量计流出系数的影响规律。针对50mm管径,共加工了6个不同β值的双锥流量计。经过模拟计算,得到其流出系数与雷诺数有关,但在一定范围内趋于一个定值。此外,不同β值对流出系数的影响很小,在一定误差允许条件下可近似认为双锥流量计流出系数与β无关。进一步用实流实验验证了模拟结果的正确性,得到模拟计算的预测误差小于3%。

V锥流量计的优化设计

主要目的在于探讨当前流行的"V"型内锥式非标准流量计的形状优化问题。采用计算流体力学软件FLUENT代替复杂繁琐的流量标定实验。对不同前后锥角节流装置进行了线性度、压损和压力梯度的对比分析,得出优化结果和各种规律性。采用三维建模,分析支撑杆对流量计性能的影响。使用有限元软件ANSYS,并结合FLUENT得出的流场条件,进行节流装置的结构刚度分析,得出最大应力区域和最大变形大小。以探讨其在大流场条件下的可靠性和准确性。

内锥流量计可膨胀系数实验研究

为提高内锥流量计气体流量测量的准确性,探索可膨胀系数的高精度计算模型,设计了内锥流量计实验样机,利用正压法临界流音速喷嘴气体流量标准装置开展了实验,根据可膨胀系数的拟合方案,获得了高准确度的计算公式;与经典标准孔板公式、标准文丘里管公式及国外研究机构给出的三个内锥流量计公式进行了比较,绘出不同节流比下各公式可膨胀系数的预测曲线及相对误差曲线,得出当流动条件相同时,对于同一节流比及同一等熵指数,研究获得的可膨胀系数公式均方根误差优于0.7%。

内锥流量计与孔板流量计的压力损失及能耗研究

通过CFD流体软件对内锥流量计压力损失进行了数值模拟,实验介质为汽油与柴油的混合物。内锥流量计和孔板流量计经常使用于流体计量,在保证两种流量计流通面积相等的条件下,对它们的压力损失进行了比较。结果表明,内锥流量计的压力损失仅为孔板流量计压力损失的30%左右,将内锥流量计应用于流体计量,可以起到节能降耗的作用。

V锥流量计表面压力分布的数值模拟研究

为了研究V锥流量计内部流场结构,通过Gambit软件的结构化网格技术和Fluent软件的RNGk-ε模型对V锥流量计的流场进行数值模拟,着重分析了V锥体表面压力分布的变化情况。结果表明:V锥流量计流场中靠近V锥体的表面压力有较明显的波动,在距离V锥体一定范围内,越靠近V锥体,表面压力变化幅度越大,该研究为优化V锥流量计的结构设计和改善测量性能提供了比较有价值的参考。

锥形流量计的标定及其误差分析

通过对影响流量计标定精度的因素(如计数及计时的精度、水流的稳定性、标准罐体积的计量方法、换向器的切换速度、温度等)进行深入研究,并采取相应的措施,提高了标定精度,确保了标定结果的准确性。运用此高精度的标定系统,对锥形流量计进行了标定,并对标定出的流出系数进行科学处理,分析了其标定结果的误差精度,确保了标定数据的可靠性。流量计的测量误差在3‰以内,可达到现场流量测量的要求。

上下游闸阀对内锥流量计性能影响的实验研究

旨在认识恶劣流场对内锥流量计性能的影响,利用上下游闸阀实现对流场的扰动,设计内径为100 mm的实验样机一台。实验介质为常温水,雷诺数范围0.1×10^5-4.5×10^5。实验分基线实验与闸阀开度实验2种形式,累计65组,上游闸阀开度分别为75%/50%/25%,下游闸阀开度分别为100%/50%,安装形式13种,等效直径比分别为0.45/0.55/0.65/0.75/0.85.提出平均流出系数相对误差、不确定度和附加不确定度作为安装条件恰当与否的主要评价标准。实验结果给出了12种不同安装形式的直管段建议长度,并与国外研究结论进行了比较。等效直径比为0.45/0.55时,前直管段均为3D 等效直径比为0.65/0.75/0.85时前直管段均为5D。