文丘里管的应用

均相流模型
均相流模型假定气液两相流体混合充分并具有单一的密度，这 样就可以将两相流体作为牛顿流体来处理。两相流体平均密度
1 1

tp g 1
虚高修正系数Φg:
g

1

1
g l


gwk.baidu.coml
分相流模型
假定气液两相完全分开的流过文丘里管，气液两相是不可压缩流体， 两相的流出系数相同，各相流过文丘里管时的压力降等于两相流体压 力降，在流动过程中不发生相变和膨胀。压力降表达式：
优点：如果能完全按照ASME标准精确制造，测量精 度也可以达到 0.5%, 但是国产文丘里由于其制造技术 问题, 精度很难保证, 国内老资格的技术力量雄厚的开 封仪表厂也只能保证4% 测量精度，对于超超临界发 电的工况，这种喉管处的均压环在高温高压下使用 是一个很危险的环节，不采用均压环，就不符合 ASNE ISO5167标准，测量精度就无法保证，这是高压 经典式文丘里制造中的一个矛盾。
文丘里管的湿气测量
综述
基本概念和背景介绍
湿气的定义 实际速度 折算速度 质量含气率 干率
理论机理与模型
测量基本原理 虚高理论 分析及修正 均向流模型
分相流模型
基本概念和背景介绍
什么是湿气
湿气作为气液两相流动的一种特殊形态，广泛存 在于油气开采、蒸汽发电等多种重要场合。当气 液两相流中气相体积不断增加，液相体积不断减 小，最后气相成为连续相，液相离散于其中，此 时的气液两相流动形态则为湿气。
文丘里效应 文丘里管的应用
文丘里效应
质量连续性方程 V1A1=V2A2
A1 A2
V1<V2 p1>p2
伯努利方程
p1

1 2
V12

p2

1 2
V2 2
•喉管
A Qt 0 3600 u0
u0— 通过喉管的气体流速，一般取50一60m/s，最
大不超过80m/s。
喉管截面尺寸:
圆形：喉管直径
质量含气率
质量含气率表示单位时间内流过某一流通截面的两相流总质 量中气相质量所占的份额，也称作干度，其定义式为
Wg
Wtp
Wg为气相质量流量；Wtp为两相流总质量流量。
测量原理
差压测流
流体流经管道内的节流件（B 段）时，流束将在节流件处形成局部收 缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前（A 段）后（C 段） 便产生了压差，压差的大小同流量大小存在着一定的函数关系，从
差压式流量测量仪表，其基本测量原理是以能量守 恒定律——伯努力方程和流动连续性方程为基础的 流量测量方法。
伯努利方程
p+ρgh+(1/2)*ρv^2=C
p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度；h为铅垂高度重 力加速度。
P+ΡGH+(1/2)*ΡV^2=C
单位体积流体的压力能 p、重力势能ρg z和动能(1/2)*ρv ^2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守 恒。但各流线之间总能量（即上式中的常量值）可能不 同。对于气体，可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*ρv ^2 ＝常量(p0)，各项分别称为静压 、动压和总压。显然 ， 流动中速度增大，压强就减小；速度减小， 压强就增 大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。 据此方程，测量流体的总压、静压即可求得速度，成为 皮托管测速的原理。
d0 = 1.129 A0 m
矩形：
a 0 b0

A
0
;
a0 b0
1.0
~
2.0.
喉管长度:L0≈d0。一般情况,200mm<L0<350mm,
最大不超过800mm。
•收缩管
A Qt
1 3600 u1
u1— 收缩管进气端气体的速度， 一般取12~12. 5 m/s， 最大15 ~2 0 m/s 。
入口截面尺寸:
圆形:入口直径 d1 = 1.129 A1m
矩形:
a 0 b0

A
0
;
a0 b0
1.0
~
2.0.
•收缩管
收缩管长度:圆形:
L1

d1
d0 2
c ot 1
2
矩形:
L1a

a1 a0 2
cot 1
2
L1b

b1
b0 2
cot 1
2
选两者中的大者
式中:θ1—收缩管的总收缩角，取20º一25º，最大不超过45 º
而可以通过测量节流件前后的差压来测量流量。
测量原理
按照伯努利定律和连续性方程可建立起单相流体 流过文丘里管的质量流量与其压力降的关系式：
W= CAT 2ρp 1 4
W 为质量流量； ΔP 为文丘里管差压； AT为喉部截面积； ρ为流体密度； C为文丘里管的流出系数； ε为流体热膨胀系数； β为喉部内径d与管道内径D之比，即管径比。
缺点：喉管和进口/出口一样材质,流体对喉管的冲刷 和磨损严重，无法保证长期测量精度。结构长度必 须按ISO-5167规定制造, 否则就达不到所需精度, 由于 ISO-5167对经典文丘里的严格结构规定, 使得它的流 量测量范围最大/最小流量比很小, 一般在 3 – 5 之间. 很难满足流量变化幅度大的流量测量.
2b
2
2
选两者中的大者
式中:θ2—扩散管总张开角，取6º~8 º ，最大不超过10 º
3、除尘效率
文丘里除尘器的除尘效率取决于文丘里管的凝聚效率和旋风分离器 的脱水效率。文丘里管的凝聚效率系指因惯性碰撞、挡截和凝聚等 作用尘粒被水滴捕获的百分率。其计算方法一般采用卡尔弗特法。
3、除尘效率
VT越高，液滴被物化的越细(DL愈小)越多，尘粒的惯性力 越大，则尘粒与液滴的碰撞、凝聚的概率也越大(斯托克斯准则数 StT愈大)、凝聚效率越高。
•扩散管
A2

Qt2 3600u2
出口截面尺寸:
Qt 2
Qt
273 t2 273 t
圆形:出口直径 d2 = 1.129 A2 m
矩形：
a 0 b0

A0
;
a0 b0
1.0 ~
2.0.
•扩散管
扩散管长度：圆形：L2

d2
2
d0
c ot 2
2
矩形：
L

b 2
b 0

cot 2
虚高的分析及其影响因子
管径比β的降低
管径比的减小，使得两相流体流过文丘里管喉部的有效流通截面积减少， 气相流速升高造成相间作用的变化，从而呈现出不同的虚高特性。
湿气测量的模型
文丘里管测湿气的模型有：
均相流模型、分相流模型、Murdock 模型、 Chisholm 模型、De Leeuw 模型、林宗虎模 型、Steven 模型等，主要介绍均相流模型和 分相流模型。
P1+1/2ΡV1^2+ΡGH1=P2+1/2ΡV2^2+ΡGH2
在无旋流动中，也可利用无旋条件积分欧拉方程而 得到相同的结果但涵义不同，此时公式中的常量在 全流场不变，表示各流线上流体有相同的总能量， 方程适用于全流场任意两点之间。
在粘性流动中，粘性摩擦力消耗机械能而产生热， 机械能不守恒，推广使用伯努利方程时，应加进机 械能损失项
Ptp Pg
Pl 1 Pg
式中：ΔPg、ΔPl分别表示气相和液相单独流过文丘 里管时的压力降； 所以，虚高修正系数Φg :
g X 1
谢谢观看
要达到同样的凝聚效率，对粒径和密度较大的粉尘，VT可取小 些，反之则要取较大的VT值。因此，在气流量较大时，为保持效率 基本不变，应采用调径文氏管，以便随着气量的变化来调节喉径， 保持喉管内气流速VT基本稳定。
一般文丘里除尘器的除尘效率在80%~95%之间。

文丘里流量计用于测量封闭管道中单相稳定流体的 流量,常用于测量空气、天然气、煤气、水等流体 的流量。
基本概念和背景介绍
特性总结
理想状态呈雾状 液滴离散于气流 液相质量含率增加 形成环状液膜 雾状和环雾状两种流 动情况
湿气的参数
速度、压力、温度、质量 流量、容积流量
气相和液相实际速度
气相和液相折算速度
气相和液相实际速度
气相速度
Vg=Qg/Ag
其中气体的容积流量为 Qg , 气相的流通截面积为 Ag 。
Wg

Wg'
g
虚高的分析及其影响因子
液相质量含率的升高
加大了对气相流通面积的阻塞； 气相在对液相的加速过程中造成了 更大的压力降
虚高的分析及其影响因子
气相速度的升高
气相速度的升高，使得气液两相间的摩擦力增加，由于对液相的加速所 用，还会附加造成同液相的动量交换损失，而且这种损失随着流速的升 高而增加，从而对虚高造成影响。基于此，修正的弗劳德数Frg：
虚高理论
气相中夹带液相之后流过差压式流量计时的差压值，会比夹带前显著 偏高，在湿气测量中把这种现象称为虚高，定义虚高修正系数Φg如下：
g 2

ptp pg
式中： ΔPtp为两相流体流过文丘里管时的差压； ΔPg为气相单独 流过同一管段时的差压。气相的真实质量流量可等效的表示为：
Wg=
伯努利方程揭示流体在重力场中流动时的能量守恒。
由伯努利方程可以看出，流速高处压力低，流速低
处压力高。
流动连续性方程
AU=C（常量） U为流速，A为横截面积 连续性方程是质量守恒定律（见质量）在流体力学
中的具体表述形式。它的前提是对流体采用连续介 质模型，速度和密度都是空间坐标及时间的连续、 可微函数。
液相速度
Vl=Ql/Al
其中液相的容积流量为Ql， 液相的流通截面积为Al 。
气相和液相折算速度
Vg0=Qg/A Vl0=Ql/A
其中假定各相占满整个流通截面，进而计算出的速度即为折算速度。 式中：A 为总流通截面积。
由于各相流体的实际流速很难直接测量 得到，故在气液两相流研究中常常近似 采用折算速度来表征各相流速。
CAT
1 4
2 ρg pg
Frg
Vg gD
g 1 g
虚高理论
将文丘里管测得的两相流体差压值直接代入节流式流量计计算式，
流体密度为气相密度，得到气相的虚高质量流量 W’g为：
Wg'=
CAT
1 4
2ρg ptp
则气相质量流量就可以通过修正得到:
1、经典文丘里管：应用于各种介质的流量测量，具 有永久压力损失小、要求的前后直管段长段短、寿 命长等特点。
2、套管式文丘里管：主要应用于石化行业各种大口 径并且高压或者危险介质的流量测量和控制。
3、.文丘里喷嘴：适用于各种介质的测量场合，具有 永久压力损失小、要求的前后直管段长段短、寿命 长等特点，本体安装长度比经典文丘里管短。
Frg
Vg gD
g 1 g
虚高的分析及其影响因子
压力的降低
压力降低，气相密度减小，气相惯性力减小，速度必然比液相大，而且 压力越低滑差越大，对于气液相间摩擦力来说，气相密度减小带来的摩 擦力减小（线性关系）幅度不及速度增加带来的摩擦力增加（平方关系） 的幅度，从而使得整体的相间摩擦增加，进而对虚高 造成影响。