孔板

刘泽昌++刘霄++邱文杰

[摘 要]本文利用FLUENT软件，用不同开孔形状槽式孔板作为一次节流元件，同时使用标准k-ε湍流模型进行两相流湍流流动的模拟，完成两相流场的数值计算，最终获得气液两相流体通过孔板前后的压力和速度等值线图。

[关键词]FLUENT，槽式孔板，两相流，流场数值计算

中图分类号：TM482 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0304-01

Different hole shape groove orifice flow field calculation

LiuZechang；LiuXiao；QiuWenjie

[Abstract]In this paper， by using FLUENT software， with different hole shape groove orifice as a throttling element， at the same time use the standard k - epsilon turbulence model for two phase flow simulation of turbulent flow， complete two phase flow field numerical calculation， the final obtained before and after the gas liquid two phase fluid through the orifice pressure and velocity contour map

[Key words]fluent； groove orifice；two-phase flow；field numerical calculation

传统流量计主要是以先分离后测量为主的测量计，对于很多小面积的工况很难满足，并且设备费用昂贵，因此为了准确测量含液天然气流量，急需开发低成本的在线不分离计量系统，以满足我国高含气油气田生产计量的需求，达到简化操作流程、降低生产成本、提高油气田自动化水平和减少开采费用的目的。

如图1是两相流实验装置图，实验工质为空气/水。两相流体流型充分发展后进入测量段，在测量段串联安装两块槽式孔板，测量孔板前端压力、两块孔板压差信号，即：上游孔板压差（dp1）、下游孔板压差（dp2）和流体温度，共四个参数。充满管道的流体流经管道内的槽式孔板装置，在孔板附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。

参数测量方法：孔板前段压力测量采用压力变送器，取压点位于孔板上游；（dp1）和（dp2）测量采用压差变送器，两个孔板相距15D；流体温度测量采用热电阻温度变送器，变送器位于孔板下游5D处。图2为槽式孔板的基本结构，孔板的流通面积均匀分布在整个管道截面上，根据孔径比的不同，由若干圈径向分布的槽式小孔组成。本次实验中前后孔板的孔径比分别为0.4，孔径比计算公式给出：

β：槽式孔板等效孔径比；Aslot：所有开孔面积；A：管道横截面积。节流装置前后的压差与多相流体的流量及相分率等因素有关，可根据下述关系式测出多相流体的质量流量：

Qm=ε（π/4）d2

式中：Qm为混合物的质量流量，α为流量系数，ε为可压缩系数，d为孔板的开孔截面直径，P为流体通过槽式孔板前后压差，ρ为混合物密度。

利用前处理软件gambit進行流体区域建模，根据尺寸坐标，建立如图3所示的三维模型。

本文利用计算流体力学理论，应用CFD的前置处理器Gambit和FLUENT软件，对槽式孔板的气液两相流动特性进行了数值模拟，通过与标准孔板对比，得出如下结论：

对于两种开孔形状不同的槽式孔板，总开口面积相同，但是槽孔的总周长不同，水力半径是流体的特征长度，他考虑的是表面积对流体的阻力影响，因此，增长槽口的开口周长，即减少水力半径，有利于产生更快的压力恢复。径向安排的槽孔减少了流体穿过障碍物所需的径向移动，产生较低的径向压力梯度，减少了压力损失。