Рассмотрен метод измерения перепада давления в вертикальном восходящем газожидкостном потоке.
Перепад давления является важным гидродинамическим параметром двухфазного потока, однако наличие газообразной фазы вносит свою специфику в его измерение.
Схема измерительной установки представлена на рис.1.
Перепад давления является важным гидродинамическим параметром двухфазного потока, однако наличие газообразной фазы вносит свою специфику в его измерение.
Схема измерительной установки представлена на рис.1.
Рис. 1. Схема измерения перепада давления
1- отверстия для подключения к сети измерения перепада давления; 2 – труба с исследуемым потоком; 3 – ротаметры; 4 – игольчатые клапаны; 5 – линия подачи продувочной воды; 6 – обводные вентили для продувки системы; 7 – ртутно-водяной манометр, замеряющий давление на входе в исследуемый участок трубы; 8 – ртутно-водяной манометр, замеряющий разность давлений; 9 – линии продувки; 10 – линия подвода сжатого газа; 11 – перевернутый воздушно-водяной манометр для замера разности давлений; 12 – изолирующие вентили.
Продувочная вода протекает через ротаметры 3, направляется в трубу 2 с исследуемым потоком через свободное отверстие для измерения. Расход продувочной жидкости очень мал (обычно менее 0,1% наименьшего расхода жидкости в трубе). Продувка необходима для устранения неточных показаний манометров 7, 8, 11 из-за присутствия мелких пузырей газа в подводящих линиях.
При отсутствии потока в трубе 2, когда она заполнена водой разность высот h1 и h2 в водо-воздушном манометре 11 будет равна ?h, а ртутный манометр 8 будет показывать статический перепад давления. Если же труба заполнена воздухом, то разности в давлениях исследуемых точек не будет.
Дифманометры 8 и 11 следует выбирать исходя из возможного значения перепада давления в исследуемых точках. При снятии показаний с дифманометров 8 и 11 нужно учитывать статическую составляющую перепада, которая определяется разностью высот исследуемых сечений потока. Причем если для однофазного потока статическая составляющая не будет меняться, то для двухфазных потоков она зависит от значения истинного газосодержания, т.к.
где рсм – плотность двухфазной смеси; р` - плотность жидкой фазы; р``- плотность газообразной фазы; f – истинное газосодержание.
Тогда статическая составляющая перепада давления
Истинное газосодержание может изменяться в пределах . Следовательно, если жидкая фаза - вода, а газообразная – воздух ( т.е. 1,2 кг/м^3 при нормальных технических условиях), полный перепад давления на исследуемом участке будет находиться в пределах
где hп – потери напора на сопротивление трению.
При проведении измерений, ртутный дифманометр 8 будет измерять перепад давления
где pрт – плотность ртути.
Тогда потери на трение на исследуемом участке трубопровода
При измерении давления во входном сечении исследуемого участка следует учитывать изменение давления из-за большей плотности жидкости в гидролиниях, что обусловлено продувкой ( =1000 кг/м^3). Поэтому в случае установки манометра ниже точки отбора давления в ней
Где p1 – давление во входном сечении исследуемого участка трубопровода, l – высота от точки отбора давления до манометра 7.
Если манометр располагается выше точки отбора
Полученные зависимости позволяют определить значения потерь напора на трение и давления на входе в исследуемый участок трубы в вертикальном двухфазном восходящем потоке.
При отсутствии потока в трубе 2, когда она заполнена водой разность высот h1 и h2 в водо-воздушном манометре 11 будет равна ?h, а ртутный манометр 8 будет показывать статический перепад давления. Если же труба заполнена воздухом, то разности в давлениях исследуемых точек не будет.
Дифманометры 8 и 11 следует выбирать исходя из возможного значения перепада давления в исследуемых точках. При снятии показаний с дифманометров 8 и 11 нужно учитывать статическую составляющую перепада, которая определяется разностью высот исследуемых сечений потока. Причем если для однофазного потока статическая составляющая не будет меняться, то для двухфазных потоков она зависит от значения истинного газосодержания, т.к.
Тогда статическая составляющая перепада давления
При проведении измерений, ртутный дифманометр 8 будет измерять перепад давления
Тогда потери на трение на исследуемом участке трубопровода
Если манометр располагается выше точки отбора
Список источников.
1. Хьюитт Дж., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. Пер. с англ. М: Энергия, 1974 – 408 с.