双弯管法测量气固两相流质量流量的研究

　　1　引　言

　　气固两相流质量流量的测量在科学研究和工农业生产的很多领域有极其重要的地位。燃煤锅炉系统中煤粉流量的准确测量、高炉粉煤喷吹技术中喷粉流量计量等,对提高燃煤效率、降低污染、安全运行有相当重要的作用。在环境保护方面各种粉尘排放的在线检测、工农业生产中各种颗粒物料的气力输送都涉及气固两相流流量测量技术。气固两相流流量测量的方法和技术种类很多,各种方法和技术适用于不同的场合,每种方法都有其各自的优缺点[1]。若把测量单相流流量的弯管法用于测量两相流流量时,必须同时测量被测物流的密度,这在实际应用时有很多困难。本文介绍一种运用弯管流量测量原理来测量气固两相流质量流量的新方法———双弯管法,它无需知道混合物的密度即可直接得出两相流中固相质量流量。

　　2　弯管流量计测量原理

　　早在1911年美国的Jacobs和Sooy发表了第1篇关于弯管流量计的研究报告[2],在随后的几十年间国内外学者对弯管流量计展开了广泛而深入的研究,获得了许多重要的结论[3]。弯管流量计是基于动量定律利用离心原理来实现的,其理论公式的推导采用美国Lansford提出的强制旋流理论[4]。强制旋流理论认为流体流经弯管时,其流速分布为v=const·r。通过全截面的流体流量为Q=v0A,所以流体的体积流量公式为:

　　其中,R为弯管曲率半径;D为弯管内直径;Δp为弯管内外侧壁间产生的差压值;ρ为流体密度。利用弯管测量气固两相流的质量流量最早是КесоваЛА等人[5]利用弯管测量煤粉和空气的混合流来确定含尘空气的流量,其测量原理也是强制旋流理论。文献[6]也采用弯管测量气固两相流的流量,采用的原理是基于流体流过弯管时动量发生变化而作用于弯管侧壁上的力,此力与流体流动参数有关。

　　上述两种利用弯管流量计测量气固两相流流量的方法必须与密度计结合使用才能得到两相流的质量流量;同时由于弯管传感器的弯径比不同会导致较大误差,造成弯管流量计的流量系数很难统一,难于标准化。

　　3　双弯管法测量两相质量流的原理

　　双弯管法测量气固两相流的固相质量流量的原理是:两个弯管串联,其中一个流量计安装在气固混合点之前用来测量气体的流量,另一个安装在气固混合点之后测量气固两相流的流量,通过计算可得混合物中的固相质量流量。

　　在这种测量方法中,假设:①流过弯管的混合物是平衡流,颗粒相对于气体没有滑动;②在考虑混合物的密度时,固相不占空间;③对不同密度的两相混合物,弯管流量系数为常数;④两个弯管流量系数基本相同(两个弯管的弯径比相同,保证两个弯管在管道中气体的流动特性近似相同)。根据强制旋流理论的理论公式,气固两相流流过弯管的两相混合物的质量流量qm为: