基于黏性流體的氣泡模型，以空氣－水為介質(zhì)，對科氏質(zhì)量流量計應(yīng)用于空氣－水兩相流流量計量的方法進行了實驗研究。根據(jù)密度降對質(zhì)量流量計測得的混合密度進行修正，得到兩相流的含氣率；根據(jù)氣泡模型對測得的質(zhì)量流量進行修正。當含氣率小于８％時，修正后氣液兩相混合流體的密度相對誤差在２％以內(nèi)。修正后的質(zhì)量流量相對誤差小于修正前的相對誤差。該方法避開了對滑脫速度、干度等復(fù)雜關(guān)系的分析，為含氣率較低時兩相流質(zhì)量流量的準確測量提供了一種較好的解決方法。

0.引 言

石油石化氣、液兩相在流動過程中相互作用，分相流量的檢測難度很大。大多油田采用分離計量法計量原油的分相流量。這種方法氣液分離效果較差，往往在液相中混有一定量的氣體；混有的氣體對液相流量的計量精度有很大影響，也影響氣體流量的準確測量。氣液兩相流的動態(tài)特性比較復(fù)雜，導致氣液兩相流流量的準確計量存在很大難度。

科氏流量計能夠測量單相流體的質(zhì)量流量，在測量氣液兩相流時不準確，產(chǎn)生較大的測量誤差，在很大程度上限制了科氏流量計在石油等行業(yè)中的應(yīng)用。國內(nèi)外很多學者對此進行了研究，但科氏流量計測量氣液兩相介質(zhì)參數(shù)時誤差仍然較大，中國還沒有成熟的應(yīng)用于兩相流參數(shù)計量的流量計。本文利用黏性流體氣泡模型對科氏流量計測得的質(zhì)量流量和密度進行修正，以減小科氏流量計測量氣液兩相流的誤差。

１.實驗裝置

實驗在中國石油大學（華東）多相流試驗平臺上進行。實驗介質(zhì)為水、壓縮空氣。實驗裝置如圖１所示。１號質(zhì)量流量計為高準１００Ｍ３２９型科氏流量計，氣體流量計為孔板流量計；２號（科氏）質(zhì)量流量計計量不同含氣率下氣液兩相流的質(zhì)量流量、密度等參數(shù)。實驗中，液相流量３．５～１６ｍ３／ｈ，氣相流量０．０７～２．５ｍ３／ｈ，表壓０．２５～０．４ＭＰａ。

在實驗介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)中，水由泵泵送，經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后，經(jīng)１號質(zhì)量流量計計量后送入混合器。單相氣體經(jīng)空氣壓縮機壓縮，再經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后，經(jīng)氣體流量計計量后送入混合器。氣體流量計為不同口徑的孔板流量計，針對不同實驗工況采用不同口徑孔板流量計計量氣體流量。氣液兩相經(jīng)混合器均勻混合后，沿一段長約３５４ｍ，直徑約８１ｍｍ 的管道流動，達到穩(wěn)定狀態(tài)，然后進入實驗環(huán)道測試。實驗裝置設(shè)置了末點處理系統(tǒng)，以測量流體是否進入穩(wěn)定狀態(tài)。在實驗環(huán)道，由２號質(zhì)量流量計計量氣液兩相流瞬時質(zhì)量流量、混合密度和溫度。在實驗環(huán)道內(nèi)，環(huán)道水平安裝，２號科氏質(zhì)量流量計垂直于環(huán)道安裝。***后，氣液兩相流經(jīng)氣液分離器分離，氣體排空，水返回水箱。

圖２為氣液兩相流混合液流經(jīng)科氏傳感器的示意圖。在圖２中，驅(qū)動裝置使科氏力傳感器測量管以固定頻率進行振動。測量管的兩側(cè)有檢測線圈及其磁鐵構(gòu)成的左右檢測器。當測量管中有介質(zhì)流動時，檢測器檢測到流動與振動耦合作用導致的附加位移，此附加位移與測量管中介質(zhì)的質(zhì)量流量有關(guān)，因此可通過測量此附加位移計算測量管中介質(zhì)的質(zhì)量流量。當含氣介質(zhì)在測量管中流動時，測得的質(zhì)量流量瞬時變化。

２.氣泡模型

Ｈｅｍｐ等提出了黏性流體的氣泡模型，該模型綜合考慮氣相速度和流體黏性，指出：

（１）對于黏度為０的流體質(zhì)量流量測量誤差為

3.實驗結(jié)果分析

在大部分兩相流工況下，氣相的存在使得科氏流量計不能準確測量液相質(zhì)量流量。本文對質(zhì)量流量計測得的混合密度進行修正，再結(jié)合兩相流的含氣率，根據(jù)氣泡模型對測得的質(zhì)量流量進行修正。

氣液兩相流混合密度為修正前后的兩相流密度相對誤差見圖４。圖４中，修正后氣液兩相混合流體的密度相對誤差明顯變小，且保持在２％以內(nèi)；密度降小于６％的氣液兩相流基本為泡狀流型，氣體呈細小的泡沫狀流動，且較均勻分布在測量管中，細小氣泡的存在使得氣液兩相流的密度略小于液相密度。當泡狀流態(tài)的兩相流流經(jīng)科氏傳感器檢測元件時，產(chǎn)生的力矩偏小，傳感器左右檢測信號的相位差也偏小，導致科氏質(zhì)量流量計的質(zhì)量流量和密度測量出現(xiàn)誤差。但由于氣泡較小且分布均勻，因此該誤差較小。當密度降大于６％時，出現(xiàn)較大的非均勻分布的大氣泡，當密度降大于１０％時，出現(xiàn)段塞流型，氣液兩相流密度減小，此時，流體作用在傳感器檢測元件處的力矩變化較大，導致質(zhì)量流量和密度測量出現(xiàn)較大誤差。將測量密度修正為真實密度有助于改善質(zhì)量流量的測

4.結(jié) 論

（１）利用黏性流體氣泡模型對科氏流量計應(yīng)用于氣水兩相流計量進行實驗研究。泡狀流態(tài)的兩相流流經(jīng)科氏傳感器檢測元件時，科氏質(zhì)量流量計的質(zhì)量流量和密度測量誤差較小，段塞流型的氣液兩相流密度偏小，質(zhì)量流量和密度測量出現(xiàn)較大誤差。

（２）修正后氣液兩相混合流體的密度相對誤差明顯變小，誤差在２％以內(nèi)。當空隙率較小時，修正后的質(zhì)量流量相對誤差主要分布在２％以內(nèi)，修正效果較好。當空隙率較大時，科氏流量計測量管拾振信號小，噪聲大，對測量結(jié)果的準確性有很大影響，修正效果較差。

（３）在實驗范圍內(nèi)，修正后的質(zhì)量流量相對誤差均好于修正前的相對誤差。由于實驗條件所限，本文密度修正關(guān)系適用的工況有限。