RU2620776C1 - Method of simultaneous determination of flow and gas phase flows of gas-liquid mixture flow - Google Patents
Method of simultaneous determination of flow and gas phase flows of gas-liquid mixture flow Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620776C1 RU2620776C1 RU2016118131A RU2016118131A RU2620776C1 RU 2620776 C1 RU2620776 C1 RU 2620776C1 RU 2016118131 A RU2016118131 A RU 2016118131A RU 2016118131 A RU2016118131 A RU 2016118131A RU 2620776 C1 RU2620776 C1 RU 2620776C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- flow
- vortex
- vortex chamber
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величин расходов жидкой и газовой фаз в двухфазных потоках, например, при добыче или транспортировке углеводородного топлива.The invention relates to instrumentation and can be used to determine the flow rates of the liquid and gas phases in two-phase flows, for example, during the production or transportation of hydrocarbon fuel.
Известен способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси [патент РФ №2503929, МПК: G01F 1/74, G01F 1/66 от 10.01.2014 г.], включающий зондирование восходящего потока несепарированной газожидкостной смеси непрерывным ультразвуковым сигналом, прием отраженного от неоднородной жидкости сигнала, комплексное детектирование, проведение спектрального анализа с определением знака преобладающей частоты и калибровку, по результатам которой уже судят о расходах жидкой и газовой фаз.A known method for simultaneously determining the flow rate of the liquid and gas phases of a gas-liquid mixture flow [RF patent No. 2503929, IPC: G01F 1/74, G01F 1/66 of 01/10/2014], including sensing the upward flow of the unseparated gas-liquid mixture by a continuous ultrasonic signal, receiving the reflected from an inhomogeneous signal liquid, complex detection, spectral analysis with the determination of the sign of the prevailing frequency and calibration, the results of which already judge the flow rates of the liquid and gas phases.
Однако данный способ обладает рядом существенных недостатков, а именно, он очень трудоемок и малоэффективен из-за ошибок, которые неминуемо возникают при калибровке и последующей интерпретации результатов на ее основе, и малой точности, связанной с возникновением внешних гармоник при ультразвуковом зондировании.However, this method has a number of significant drawbacks, namely, it is very time-consuming and ineffective due to errors that inevitably arise during calibration and subsequent interpretation of the results based on it, and the low accuracy associated with the appearance of external harmonics during ultrasonic probing.
Известен другой способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси [патент РФ №2510489, МПК: G01F 1/74 от 27.03.2014 г.], включающий зондирование потока несепарированной газожидкостной смеси непрерывным ультразвуковым сигналом, прием отраженного от неоднородностей сигнала, комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие, проведение спектрального анализа и получение спектра мощности сигнала, определение средней частоты спектра сигнала для определения расходов жидкой и газообразной фаз газожидкостного потока.There is another way to simultaneously determine the flow rate of the liquid and gas phases of the gas-liquid mixture flow [RF patent No. 2510489, IPC: G01F 1/74 dated 03/27/2014], including sensing the flow of the unseparated gas-liquid mixture by a continuous ultrasonic signal, receiving a signal reflected from inhomogeneities, complex detection isolating in-phase with the probing signal and quadrature components, performing spectral analysis and obtaining the signal power spectrum, determining the average frequency of the signal spectrum to determine p flow rates of liquid and gaseous phases of gas-liquid flow.
Однако и этот, якобы улучшенный, по мнению авторов, способ не лишен прежних недостатков. Он, также как и предыдущий аналог, трудоемок при реализации и малоинформативен в процессе эксплуатации. Попытка авторов сделать данный способ более информативным и простым не получилась. Внешнее расположение ультразвуковых датчиков не только понижает точность, но и существенно понижает его надежность из-за воздействия внешних факторов и самой окружающей среды, как на датчики, так и на сам ультразвуковой сигнал.However, this, allegedly improved, according to the authors, the method is not without its former drawbacks. He, like the previous analogue, is laborious to implement and uninformative during operation. The authors' attempt to make this method more informative and simple did not work. The external arrangement of ultrasonic sensors not only reduces accuracy, but also significantly reduces its reliability due to the influence of external factors and the environment itself, both on the sensors and on the ultrasonic signal itself.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу следует отнести известный способ определения расходов первой газовой фазы и, по меньшей мере, второй жидкой фазы, присутствующих в многофазной текущей среде [патент РФ №2503928, МПК: G01F 1/74 от 10.01.2014 г.], включающий циркуляцию многофазной текучей среды через горловину трубки Вентури, установленной непосредственно на трубопроводе, по которому течет поток исследуемой многофазной текучей среды, и оценку расходов газовой и жидкой фаз за счет использования измеренной разности давления и величины относительной площади, занимаемой газообразной фазой. При этом в оценке расходов газовой и жидкой фаз используют предварительные расчеты для различных режимов истечения через установленную трубку Вентури и экстраполируют их с учетом предварительных измерений и проведенных расчетов.The closest in combination of features to the claimed method should include the known method for determining the flow rates of the first gas phase and at least the second liquid phase present in a multiphase flow medium [RF patent No. 2503928, IPC: G01F 1/74 dated 01/10/2014 ], including the circulation of a multiphase fluid through the neck of a venturi installed directly on the pipeline through which the flow of the studied multiphase fluid flows, and the estimation of the flow rates of the gas and liquid phases by using the measured pressure difference Ia and the relative area occupied by the gaseous phase. Moreover, in estimating the flow rates of the gas and liquid phases, preliminary calculations are used for various flow regimes through the installed venturi and extrapolated to them, taking into account preliminary measurements and calculations.
Способ, принятый за прототип, также как и предыдущие аналоги, обладает рядом существенных недостатков при всей своей простоте эксплуатации. А именно, использование трубки Вентури в качестве основного инструмента не отвечает тем требованиям и условиям, которые необходимы для повышения точности определения расходов газовой и жидкой сред в двухфазном потоке. Процесс компримирования двухфазных сред перед любым сопротивлением общеизвестен, как и то, что при сжатии их часто возникает автоколебательный процесс, из-за которого истинные параметры среды практически неопределимы. К тому же в описании изобретения нет информации о величине достигаемой точности измерений. Другим недостатком является то, что данный способ применим только для двухфазной смеси с большим содержанием газовой среды (более 90%), а при других параметрах, как утверждает сам автор, требует дополнительное обеспечение, а если сказать более точно - он просто непригоден на этих режимах.The method adopted for the prototype, as well as the previous analogues, has a number of significant drawbacks for all its ease of use. Namely, the use of a Venturi tube as the main tool does not meet the requirements and conditions that are necessary to increase the accuracy of determining the flow rates of gas and liquid media in a two-phase flow. The process of compressing two-phase media before any resistance is well known, as is the fact that when they are compressed, a self-oscillating process often occurs, due to which the true parameters of the medium are practically indeterminable. In addition, in the description of the invention there is no information about the magnitude of the achieved measurement accuracy. Another disadvantage is that this method is applicable only for a two-phase mixture with a high content of a gaseous medium (more than 90%), and for other parameters, as the author himself claims, it requires additional support, and more precisely, it is simply unsuitable for these modes .
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков и проблем путем реализации нового способа одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси при любом содержании газовой среды на основе определения параметров неустойчивости вихря.The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages and problems by implementing a new method for simultaneously determining the flow rate of the liquid and gas phases of the gas-liquid mixture flow at any content of the gas medium based on determining the parameters of the vortex instability.
Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении заявленного изобретения, заключающегося в получении более простого и надежного способа одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси с улучшенными технико-эксплуатационными параметрами, включая точность измерений при всех параметрах и режимах газожидкостной смеси.This problem is solved by achieving a technical result in the implementation of the claimed invention, which consists in obtaining a simpler and more reliable method for simultaneously determining the flow rates of the liquid and gas phases of the gas-liquid mixture flow with improved technical and operational parameters, including the accuracy of measurements at all parameters and modes of the gas-liquid mixture.
Указанный технический результат достигается известным способом одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси, включающим установку прямоточной вихревой камеры на пути следования потока газожидкостной смеси, попарного расположения внутри нее пьезоэлектрических и дифференциальных датчиков давления, и при этом внутри объема вихревой камеры создания условий для прецессирующего вихревого ядра, за счет эффекта прецессии которого и определяют соотношение жидкой и газовой фаз.The specified technical result is achieved by a known method for simultaneously determining the flow rates of the liquid and gas phases of the gas-liquid mixture flow, including the installation of a direct-flow vortex chamber along the path of the gas-liquid mixture flow, pairwise arrangement of piezoelectric and differential pressure sensors inside it, while creating conditions for the precessing inside the vortex chamber volume. vortex core, due to the precession effect of which the ratio of the liquid and gas phases is determined.
Таким образом, особенностью предлагаемого решения является то, что в качестве датчиков используют пьезоэлектрические и дифференциальные датчики давления, которые располагают во внутреннем объеме вихревой камеры в виде сопряженных пар, а измерение осуществляют путем использования эффекта прецессии вихревого ядра, образуемого в объеме вихревой камеры за счет предварительного закручивания и последующего расширения потока газожидкостной смеси по ходу его движения, при этом для подавления когерентных вторичных вихрей на выходе вихревой камеры устанавливают гидродинамический стабилизатор.Thus, a feature of the proposed solution is that piezoelectric and differential pressure sensors are used as sensors, which are placed in the form of conjugate pairs in the internal volume of the vortex chamber, and the measurement is carried out by using the precession effect of the vortex core formed in the volume of the vortex chamber by twisting and subsequent expansion of the flow of the gas-liquid mixture in the direction of its movement, while to suppress coherent secondary vortices at the exit of the vortex camera set hydrodynamic stabilizer.
Указанный технический результат достигается также тем, что пьезоэлектрические датчики давления располагают внутри вихревой камеры диаметрально друг относительно друга в зоне расширения потока газожидкостной смеси в плоскости, перпендикулярной по отношению к продольной оси вихревой камеры.The specified technical result is also achieved by the fact that the piezoelectric pressure sensors are placed inside the vortex chamber diametrically relative to each other in the expansion zone of the gas-liquid mixture flow in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the vortex chamber.
Указанный технический результат достигается также тем, что одну пару сопряженных дифференциальных датчиков давления располагают внутри вихревой камеры, соответственно, перед входом и выходом потока газожидкостной смеси из нее, в то время как вторую пару сопряженных дифференциальных датчиков давления располагают внутри вихревой камеры, соответственно, по центру в начале прецессирующего вихревого ядра и на периферии на конце прецессирующего вихревого ядра перед входом его в зону расширения.The indicated technical result is also achieved by the fact that one pair of conjugate differential pressure sensors are located inside the vortex chamber, respectively, before the inlet and outlet of the gas-liquid mixture flow from it, while the second pair of conjugate differential pressure sensors are located inside the vortex chamber, respectively, in the center at the beginning of the precessing vortex core and at the periphery at the end of the precessing vortex core before it enters the expansion zone.
На фиг. 1 показана условная схема расположения датчиков внутри объема вихревой камеры и ее ориентация относительно потока газожидкостной смеси. На фиг. 1 показан вид в разрезе по центральной вертикальной плоскости вихревой камеры. Где: 1 - вихревая камера; 2 - прецессирующее вихревое ядро; 3 - завихритель; 4 - расширитель; 5 - гидродинамический стабилизатор; 6 - трубопровод.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the location of the sensors inside the volume of the vortex chamber and its orientation relative to the flow of the gas-liquid mixture. In FIG. 1 shows a sectional view along the central vertical plane of the vortex chamber. Where: 1 - vortex chamber; 2 - precessing vortex core; 3 - swirl; 4 - expander; 5 - hydrodynamic stabilizer; 6 - pipeline.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с помощью указанного технического результата, состоят в следующем.Information confirming the possibility of implementing the claimed invention using the specified technical result, are as follows.
Способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси предполагает установку на его пути прямоточной вихревой камеры и основан на использовании эффекта прецессии вихревого ядра внутри объема вихревой камеры путем измерения интегральных характеристик закрученного течения, в частности, частоты прецессии вихревого ядра, полного перепада давления, dP1 и перепада давления в вихре, dP2 и их сопоставления с теми параметрами, которые определяются в процессе калибровки. Для чего на трубопроводе 6, по которому перемещается поток газожидкостной смеси, устанавливают вихревую камеру 1, во внутреннем объеме которой создают условия для образования прецессии вихревого ядра 2. С этой целью во внутреннем объеме вихревой камеры располагают, соответственно, по ходу перемещения потока газожидкостной смеси, завихритель 3, расширитель 4 и гидродинамический стабилизатор 5, который препятствует образованию когерентных вторичных вихрей при выходе газожидкостного потока из внутреннего объема вихревой камеры.A method for simultaneously determining the flow rates of the liquid and gas phases of a gas-liquid mixture flow involves installing a direct-flow vortex chamber on its way and is based on using the effect of the vortex core precession inside the vortex chamber volume by measuring the integral characteristics of the swirling flow, in particular, the vortex core precession frequency, total pressure drop, dP 1 and the pressure drop in the vortex, dP 2 and their comparison with those parameters that are determined during the calibration process. Why, on the pipeline 6, through which the gas-liquid mixture flows, a
В качестве измерительных датчиков в данном способе используют пьезоэлектрические, F1 и F2, и дифференциальные, P1 и Р2, датчики давления. Датчики располагают только во внутреннем объеме вихревой камеры в виде сопряженных пар, из которых пьезоэлектрические датчики давления, F1 и F2, располагают в плоскости перпендикулярной продольной оси вихревой камеры диаметрально друг относительно друга непосредственно на выходе прецессирующего вихревого ядра из расширителя.As measuring sensors in this method, piezoelectric, F 1 and F 2 , and differential, P 1 and P 2 , pressure sensors are used. The sensors are located only in the internal volume of the vortex chamber in the form of conjugate pairs, of which the piezoelectric pressure sensors, F 1 and F 2 , are placed diametrically relative to each other in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the vortex chamber directly at the outlet of the precessing vortex core from the expander.
Одну пару дифференциальных датчиков давления, Р1, располагают в потоке, соответственно, перед входом потока газожидкостной смеси во внутренний объем вихревой камеры и перед выходом потока газожидкостной смеси из внутреннего объема вихревой камеры.One pair of differential pressure sensors, P 1 , is located in the stream, respectively, before the gas-liquid mixture flows into the internal volume of the vortex chamber and before the gas-liquid mixture flows out of the internal volume of the vortex chamber.
Другую пару дифференциальных датчиков давления, Р2, располагают во внутреннем объеме вихревой камеры, соответственно, в точке, находящейся на оси вихревой камеры у торцевой поверхности завихрителя, что соответствует началу прецессирующего вихревого ядра, и в точке, находящейся в потоке у стенки на выходе из расширителя, что соответствует периферии прецессирующего вихревого ядра.Another pair of differential pressure sensors, P 2 , is located in the inner volume of the vortex chamber, respectively, at a point located on the axis of the vortex chamber at the end surface of the swirl, which corresponds to the beginning of the precessing vortex core, and at a point located in the stream near the wall at the exit of expander, which corresponds to the periphery of the precessing vortex core.
Такое совместное расположение пьезоэлектрических, F1 и F2, и сопряженных пар дифференциальных, P1 и Р2, датчиков давления позволяет достаточно точно диагностировать все флуктуации процесса вихреобразования, которые происходят во внутреннем объеме вихревой камеры. Фурье-анализ разностного сигнала от двух пьезоэлектрических датчиков давления позволяет достаточно точно вычислить частоту прецессии вихревого ядра.Such a joint arrangement of piezoelectric, F 1 and F 2 , and conjugated pairs of differential, P 1 and P 2 pressure sensors allows you to accurately diagnose all fluctuations in the vortex formation process that occur in the internal volume of the vortex chamber. The Fourier analysis of the difference signal from two piezoelectric pressure sensors allows you to accurately calculate the precession frequency of the vortex core.
Следует отметить, что в однофазном потоке частота прецессии вихревого ядра во внутреннем объеме вихревой камеры линейно зависит от расхода протекающей жидкости.It should be noted that in a single-phase flow, the precession frequency of the vortex core in the inner volume of the vortex chamber linearly depends on the flow rate of the flowing fluid.
С помощью обеих сопряженных пар дифференциальных датчиков давления осуществляют измерение двух перепадов давления во внутреннем объеме вихревой камеры. Полный перепад давления, dP1, между входом в вихревую камеру и выходом из нее газожидкостного потока позволяет определить гидравлическое сопротивление прямоточной вихревой камеры и, соответственно, интенсивность процесса вихреобразования. Перепад давления в вихре, dP2, позволяет определить всасывающую силу (интенсивность) прецессирующего вихревого ядра.Using both paired pairs of differential pressure sensors measure two pressure drops in the internal volume of the vortex chamber. The total pressure drop, dP 1 , between the inlet of the vortex chamber and the exit of the gas-liquid stream from it makes it possible to determine the hydraulic resistance of the direct-flow vortex chamber and, accordingly, the intensity of the vortex formation process. The pressure drop in the vortex, dP 2 , allows you to determine the suction force (intensity) of the precessing vortex core.
Следует отметить, что в однофазном потоке оба перепада давления, dP1 и dP2, имеют квадратичную зависимость от расхода протекающей жидкости.It should be noted that in a single-phase flow, both pressure drops, dP 1 and dP 2 , have a quadratic dependence on the flow rate of the flowing fluid.
Обработку измеряемых величин и расчет осуществляют с помощью специальной программы, позволяющей проводить сравнительный анализ текущих показаний с датчиков с ранее записанными в нее во время калибровки.Processing of the measured values and calculation is carried out using a special program that allows a comparative analysis of current readings from sensors with previously recorded in it during calibration.
Наличие газовой фазы в газожидкостном потоке существенно влияет на интегральные характеристики течения. Вследствие внезапного расширения закрученного потока происходит распад вихря, который сопровождается образованием прецессии вихревого ядра и зон рециркуляции.The presence of a gas phase in a gas-liquid flow significantly affects the integral characteristics of the flow. Due to the sudden expansion of the swirling flow, the vortex decays, which is accompanied by the formation of a precession of the vortex core and recirculation zones.
Частота прецессии вихревого ядра, f, и полный перепад давления, dP1, испытывают резкий скачок вниз с появлением газовой фазы в газожидкостном потоке и достигают локального минимума, что объясняется скачкообразным изменением структуры вихревого ядра, когда концентрированное вихревое ядро переходит в кольцевой вихрь с газовой полостью в центре вихря. Формирование более широкого и менее интенсивного вихревого ядра требует меньших энергетических затрат, что приводит к снижению гидравлического сопротивления вихревой камеры. Кроме того, заполнение газом рециркуляционной зоны, образующейся в центре при течении чистой жидкости, также приводит к уменьшению потерь энергии потока.The vortex core precession frequency, f, and the total pressure drop, dP 1 , experience a sharp jump down with the appearance of the gas phase in the gas-liquid flow and reach a local minimum, which is explained by a jump-like change in the structure of the vortex core when the concentrated vortex core transforms into a ring vortex with a gas cavity in the center of the vortex. The formation of a wider and less intense vortex core requires lower energy costs, which leads to a decrease in the hydraulic resistance of the vortex chamber. In addition, filling the gas with the recirculation zone formed in the center during the flow of pure liquid also leads to a decrease in the flow energy loss.
С увеличением газосодержания разделение газожидкостной смеси происходит уже в завихрителе, в расширителе происходит уширение воздушной полости, при этом жидкость оттесняется к периферии и, соответственно, приобретает большую степень закрутки. Все это приводит к монотонному росту частоты прецессии вихревого ядра, f, вихревого ядра.With an increase in gas content, the separation of the gas-liquid mixture occurs already in the swirl, in the expander the air cavity broadens, while the liquid is pushed to the periphery and, accordingly, acquires a large degree of swirl. All this leads to a monotonic increase in the precession frequency of the vortex core, f, of the vortex core.
Полный перепад давления, dP1, с ростом расхода газа также испытывает монотонный рост, что связано с уменьшением проходного сечения для жидкости и ростом характерной объемной скорости жидкости через вихревую камеру при подаче газа и, соответственно, увеличением гидравлических потерь.The total pressure drop, dP 1 , also increases monotonously with increasing gas flow, which is associated with a decrease in the flow cross section for the liquid and an increase in the characteristic volumetric velocity of the liquid through the vortex chamber during gas supply and, accordingly, an increase in hydraulic losses.
Величина перепада давления в вихре, dP2, связана с уровнем и характером радиального распределения тангенциальной скорости. При этом dΡ2 имеет высокие значения для сильной закрутки потока, сконцентрированной в маленькой области течения. Вдув газа, как отмечалось, приводит к скачкообразному увеличению характерного размера вихревого ядра и, соответственно, резкому уменьшению dΡ2. С увеличением газосодержания перепада давления в вихре, dΡ2, продолжает плавно уменьшаться.The magnitude of the pressure drop in the vortex, dP 2 , is related to the level and nature of the radial distribution of the tangential velocity. Moreover, dΡ 2 has high values for a strong flow swirl, concentrated in a small flow region. Gas injection, as noted, leads to an abrupt increase in the characteristic size of the vortex core and, accordingly, to a sharp decrease in dΡ 2 . With increasing gas content, the pressure drop in the vortex, dΡ2, continues to decrease smoothly.
Измеряя значения dP2 и dP1 или dP1 и f при варьировании расходов жидкости и газа, легко осуществить калибровку расходомерного устройства, которое можно создать на основе предлагаемого способа.By measuring the values of dP 2 and dP 1 or dP 1 and f with varying flow rates of liquid and gas, it is easy to calibrate the flow meter device, which can be created on the basis of the proposed method.
Исследование газожидкостного закрученного потока были выполнены в работе [Шторк, Сергей Иванович. Экспериментальное исследование вихревых структур в тангенциальных камерах: автореферат дис. кандидата физико-математических наук: 01.04.14 / Рос. академия наук. Сиб. отд-ние. Ин-т теплофизики.- Новосибирск, 1994. - 18 с.: ил. РГБ ОД, 9 94-3/956-2]. В процессе исследований было обнаружено скачкообразное изменение характеристик вихря при небольшой подаче газа и подавление автоколебаний при увеличении расхода газа. Полученные зависимости частоты прецессии вихревого ядра от полного перепада давления, f (dP1), и полного перепада давления от перепада давления в вихре, dP1 (dP2), построенные при варьировании расходов воды и газа, для постоянных расходов жидкости, показаны на фиг. 2 и 3.The study of gas-liquid swirling flow was performed in [Shtork, Sergey Ivanovich. An experimental study of vortex structures in tangential chambers: abstract of thesis. Candidate of physico-mathematical sciences: 04/01/14 / Ros. Academy of Sciences. Sib. Separation. Institute of Thermophysics, Novosibirsk, 1994 .-- 18 pp., Ill. RSL OD, 9 94-3 / 956-2]. In the process of research, an abrupt change in the characteristics of the vortex was found with a small gas supply and suppression of self-oscillations with increasing gas flow. The obtained dependences of the vortex core precession frequency on the total pressure drop, f (dP 1 ), and the total pressure drop on the vortex pressure drop, dP 1 (dP 2 ), constructed by varying the flow rates of water and gas, for constant flow rates, are shown in FIG. . 2 and 3.
На фиг. 2 показана зависимость частоты прецессии вихревого ядра от полного перепада давления, f (dP1).In FIG. Figure 2 shows the dependence of the vortex core precession frequency on the total pressure drop, f (dP 1 ).
На фиг. 3 показана зависимость полного перепада давления от перепада давления в вихре, dP1 (dP2).In FIG. Figure 3 shows the dependence of the total pressure drop on the pressure drop in the vortex, dP 1 (dP 2 ).
Как видно из фиг. 2, данные ложатся на единую квадратичную зависимость для чистой жидкости, независимо от расходов жидкости и воздуха. Взаимосвязанное поведение перепада давления на всей вихревой камере, состоящей из различных элементов с различными типами потока, и частоты прецессии вихревого ядра, измеренной в сечении расширителя и являющейся, таким образом, характеристикой прецессии вихревого ядра (ПВЯ), подтверждает, что основной вклад в сопротивление устройства дает именно эта область течения. Поэтому полный перепад давления, dP1, может служить характеристикой ПВЯ, на основании которой возможно определение его параметров.As can be seen from FIG. 2, the data fall on a single quadratic dependence for pure liquid, regardless of the flow of liquid and air. The interconnected behavior of the pressure drop across the entire vortex chamber, consisting of various elements with different types of flow, and the vortex core precession frequency, measured in the section of the expander and thus, which is a characteristic of the vortex core precession (PWR), confirms that the main contribution to the device resistance it is precisely this region of the flow that gives. Therefore, the total pressure drop, dP 1 , can serve as a characteristic of the PWR, on the basis of which it is possible to determine its parameters.
Как можно видеть из фиг. 3, зависимости для постоянных расходов жидкости имеют вид W-образных кривых. Причем все данные располагаются в секторе, образованном двумя выходящими из начала координат линиями, на которые зависимости выходят при больших и малых газосодержаниях. Верхняя ограничивающая линия соответствует нулевому газосодержанию, а нижняя - абсолютным расходам газа Qg>2 л/с. Два других характерных излома на зависимостях соответствуют абсолютным расходам газа Qg-0.1 л/с и Qg=0.4 л/с.As can be seen from FIG. 3, the dependences for constant fluid flow rates are in the form of W-shaped curves. Moreover, all the data is located in the sector, formed by two lines leaving the coordinate origin, on which the dependences go out at large and small gas contents. The upper boundary line corresponds to zero gas content, and the lower one to absolute gas flow rates Qg> 2 l / s. Two other characteristic kinks in the dependences correspond to absolute gas flow rates Qg-0.1 l / s and Qg = 0.4 l / s.
Таким образом, результаты исследований, выполненных в указанной работе, подтверждают возможность осуществления предлагаемого способа.Thus, the results of studies performed in this work confirm the feasibility of the proposed method.
Данный способ можно применить и в других областях промышленности, например, при создании ракетных носителей, в которых используют в качестве топлива двухфазную смесь. А также при создании новых технологий по переработке каменного угля в другие виды топлива или в другом химическом производстве. Простота и информативность данного способа при изучении двухфазных смесей дает все основания полагать, что предлагаемый способ будет востребован промышленностью в ближайшем будущем.This method can be applied in other industries, for example, when creating rocket launchers in which a two-phase mixture is used as fuel. And also when creating new technologies for the processing of coal into other types of fuel or in another chemical production. The simplicity and information content of this method in the study of two-phase mixtures gives every reason to believe that the proposed method will be in demand by industry in the near future.
Технический эффект от использования предложенного изобретения состоит в следующем. Предложенный способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси был успешно апробирован авторами для различных режимов и геометрий на одной из исследовательских установок в Институте теплофизики СО РАН им. С.С. Кутателадзе. Его апробация показала, что по своему содержанию он менее трудоемок и более информативен, чем ранее известные способы диагностики двухфазных течений. Он позволяет с помощью простых доступных средств достаточно точно определять соотношение жидкой и газообразной фаз в газожидкостном потоке без использования наукоемких и весьма дорогих программ. Для его реализации не требуются ни сложные математические изыскания, ни дорогостоящие материалы и приборы. Его эксплуатационные характеристики позволяют использовать его в любых сложных климатических условиях, например, при добыче углеводородного топлива на морских шельфах. Его надежность не вызывает сомнений ввиду того, что не предусматривает использование подвижных и вращающихся элементов при своей реализации. А расположение измерительных датчиков во внутреннем объеме вихревой камеры исключает их выход из строя из-за воздействия на них внешней среды в процессе эксплуатации.The technical effect of using the proposed invention is as follows. The proposed method for simultaneously determining the flow rates of the liquid and gas phases of the gas-liquid mixture flow was successfully tested by the authors for various modes and geometries at one of the research facilities at the Institute of Thermophysics SB RAS named after S.S. Kutateladze. Its testing showed that in its content it is less time-consuming and more informative than previously known methods for the diagnosis of two-phase flows. It allows using the simple available means to accurately determine the ratio of the liquid and gaseous phases in a gas-liquid flow without the use of high-tech and very expensive programs. For its implementation, neither complex mathematical research, nor expensive materials and devices are required. Its operational characteristics allow it to be used in any difficult climatic conditions, for example, when producing hydrocarbon fuel on offshore shelves. Its reliability is not in doubt due to the fact that it does not provide for the use of moving and rotating elements in its implementation. And the location of the measuring sensors in the internal volume of the vortex chamber eliminates their failure due to the influence of the external environment on them during operation.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016118131A RU2620776C1 (en) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Method of simultaneous determination of flow and gas phase flows of gas-liquid mixture flow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016118131A RU2620776C1 (en) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Method of simultaneous determination of flow and gas phase flows of gas-liquid mixture flow |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2620776C1 true RU2620776C1 (en) | 2017-05-29 |
Family
ID=59031822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016118131A RU2620776C1 (en) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Method of simultaneous determination of flow and gas phase flows of gas-liquid mixture flow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2620776C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1747906A1 (en) * | 1989-08-30 | 1992-07-15 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро "Прогресс" | Flow rate pickup |
| CN201138220Y (en) * | 2007-08-27 | 2008-10-22 | 西安开尔能源工程有限责任公司 | Gas-liquid two-phase flow meter |
| EP2551648A1 (en) * | 2011-07-29 | 2013-01-30 | Services Pétroliers Schlumberger | A multiphase flowmeter and a correction method for such a multiphase flowmeter |
| RU2503928C2 (en) * | 2008-09-25 | 2014-01-10 | Жеосервис Экипман | Method of determining flow rate of first gaseous phase and at least second liquid phase present in multiphase fluid medium |
| RU2505790C1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии (ФГУП ВНИИР) | Device to reproduce gas-fluid flow rates |
-
2016
- 2016-05-10 RU RU2016118131A patent/RU2620776C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1747906A1 (en) * | 1989-08-30 | 1992-07-15 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро "Прогресс" | Flow rate pickup |
| CN201138220Y (en) * | 2007-08-27 | 2008-10-22 | 西安开尔能源工程有限责任公司 | Gas-liquid two-phase flow meter |
| RU2503928C2 (en) * | 2008-09-25 | 2014-01-10 | Жеосервис Экипман | Method of determining flow rate of first gaseous phase and at least second liquid phase present in multiphase fluid medium |
| EP2551648A1 (en) * | 2011-07-29 | 2013-01-30 | Services Pétroliers Schlumberger | A multiphase flowmeter and a correction method for such a multiphase flowmeter |
| RU2505790C1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии (ФГУП ВНИИР) | Device to reproduce gas-fluid flow rates |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10126156B2 (en) | Device and method for online measurement of gas flowrate and liquid flowrate of wet gas in horizontal pipe | |
| Shen et al. | Distribution parameter and drift velocity for two-phase flow in a large diameter pipe | |
| US9840904B2 (en) | Monitoring hydrocarbon fluid flow | |
| CN104965104B (en) | Two phase flow split-phase flow velocity acoustic-electric bimodal measuring method | |
| US20100138168A1 (en) | Apparatus and a method of measuring the flow of a fluid | |
| Hua et al. | Wet gas meter based on the vortex precession frequency and differential pressure combination of swirlmeter | |
| Djeridi et al. | Two-phase Couette–Taylor flow: arrangement of the dispersed phase and effects on the flow structures | |
| Wang et al. | Measurement of gas phase characteristics in bubbly oil-gas-water flows using bi-optical fiber and high-resolution conductance probes | |
| CN105181996B (en) | Two-phase flow velocity acoustic-electric bimodal measuring method | |
| US5396807A (en) | Means to determine liquid flow rate with gas present | |
| Xin et al. | Development of liquid slug length in gas-liquid slug flow along horizontal pipeline: experiment and simulation | |
| Wang et al. | Coupled model of dual differential pressure (DDP) for two-phase flow measurement based on phase-isolation method | |
| Xu et al. | Study of the factors influencing the over-reading characteristics of the precession Venturi | |
| RU2620776C1 (en) | Method of simultaneous determination of flow and gas phase flows of gas-liquid mixture flow | |
| Musa et al. | Flow Patterns of Oil-Gas and Pressure Gradients in Near-Horizontal Flow Pipeline: Experimental Investigation Using Differential Pressure Transducers. | |
| Chen et al. | Conductance sensor-based flowrate estimation of horizontal gas-water slug flow from interfacial wave statistics | |
| Zhang et al. | Flow measurement based on the combination of swirler and differential pressure under slug flow | |
| JPH1096656A (en) | Vapor and liquid two-phase flow meter | |
| Song et al. | Simulation logging experiment and interpretation model of array production logging measurements in a horizontal well | |
| Belgacem et al. | Development and statistical characterization of slug in two-phase flow along horizontal pipeline | |
| Shi et al. | Flow velocity measurement based on ultrasonic cross-correlation technique in oil-water two-phase flow | |
| Yadav et al. | Effects of 90-deg vertical elbows on the distribution of local two-phase flow parameters | |
| Pan et al. | Modeling of low viscosity oil-water annular flow in horizontal and slightly inclined pipes: Experiments and CFD simulations | |
| Shi et al. | Velocity measurement of oil-water two-phase flow based on ultrasonic Doppler | |
| Wang et al. | Measurement and prediction on the liquid film thickness of swirling annular flow |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20200609 |