多相流測量方法

『壹』 流體測量的基本原理和方法。

流量測量方法
名詞與術語
 瞬時流量：單位時間內流過管道橫截面的流體量（m3/h、t/h）。
 累計流量：在一段時間內流過管道橫截面的流體總量（m3、t）。
 流量計：用於測量管道中流量的計量器具稱為流量計。
主要的質量指標
 流量范圍：最大與最小可測范圍，該范圍內誤差不超過容許值。
 量程和量程比：量程是最大流量與最小流量之差；量程比是最大流量與最小流量之比，又稱范圍度。
測量誤差
基本誤差：

准確度：流量計示值接近被測流量真值的能力，稱為流量計的准確度。
准確度等級有：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0級。
 重復性：流量計在同一工作條件下，多次重復測量，其示值一致性的程度，反映儀表隨機性誤差的大小。
按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;
按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和流量計。
按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。

流量計簡介

流量測量方法和儀表的種類繁多。工業用的流量儀表種類達100多種。品種如此之多的原因就在於至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量儀表。

本文按照目前最流行、最廣泛的分類法,分別介紹各種流量計的原理、特點、應用概況及國內外的發展情況。

序號 流量計種類 全球產量
百分比
1 差壓式流量計（孔板、文丘里） 45～55％
2 浮子流量計（又稱玻璃轉子流量計） 13～16％
3 容積式流量計（橢圓、腰輪、螺旋） 12～14％
4 渦輪流量計 9～11％
5 電磁流量計 5～6％
6 流體振盪流量計（渦街、旋進） 2.2～3％
7 超聲流量計（時差式、多普勒） 1.6～2.2％
8 熱式流量計 2～2.5％
9 科里奧利質量流量計 0.9～1.2％
10 其他流量計（插入式流量計 1.6～2.2％

1.1差壓式流量計
差壓式流量計是根據安裝於管道中流量檢測件產生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。
差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類,如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。
二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發展為三化(系列化、通用化及標准化)程度很高的、種類規格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數,也可測量其它參數(如壓力、物位、密度等)。
差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為:節流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。
檢測件又可按其標准化程度分為二大類:標準的和非標準的。
所謂標准檢測件是只要按照標准文件設計、製造、安裝和使用,無須經實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。
非標准檢測件是成熟程度較差的,尚未列入國際標准中的檢測件。
差壓式流量計是一類應用最廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來,由於各種新型流量計的問世,它的使用量百分數逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量計。
優點:
(1)應用最多的孔板式流量計結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長;
(2)應用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬;
(3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產,便於規模經濟生產。
缺點:
(1)測量精度普遍偏低;
(2)范圍度窄,一般僅3:1~4:1;
(3)現場安裝條件要求高;
(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。
應用概況:
差壓式流量計應用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動條件方面:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。
1.2 浮子流量計
浮子流量計,又稱轉子流量計,是變面積式流量計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。
浮子流量計是僅次於差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。
80年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。我國產量1990年估計在12~14萬台,其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計。
特點:
(1)玻璃錐管浮子流量計結構簡單,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險;
(2)適用於小管徑和低流速;
(3)壓力損失較低。
1.3容積式流量計
原理
結構 容積式流量計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。

特點 (1)計量精度高;
(2)安裝管道條件對計量精度沒有影響;
(3)可用於高粘度液體的測量;
(4)范圍度寬;
(5)直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。
缺點:
(1)結果復雜,體積龐大;
(2)被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大;
(3)不適用於高、低溫場合;
(4)大部分儀表只適用於潔凈單相流體;
(5)產生雜訊及振動。

應用 容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計並列為三類使用量最大的流量計,常應用於昂貴介質(油品、天然氣等)的總量測量。
工業發達國家近年PD流量計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%~23%;我國約佔20%,1990年產量(不包括家用煤氣表)估計為34萬台,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約佔70%和20%。

優點:
應用概況:
1.4 渦輪流量計
渦輪流量計,是速度式流量計中的主要種類,它採用多葉片的轉子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導出流量或總量的儀表。
一般它由感測器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。
渦輪流量計和容積式流量計、科里奧利質量流量計稱為流量計中三類重復性、精度最佳的產品,作為十大類型流量計之一,其產品已發展為多品種、多系列批量生產的規模。
優點:
(1)高精度,在所有流量計中,屬於最精確的流量計;
(2)重復性好;
(3)元零點漂移,抗干擾能力好;
(4)范圍度寬;
(5)結構緊湊。
缺點:
(1)不能長期保持校準特性;
(2)流體物性對流量特性有較大影響。
應用概況:
渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統在歐洲和美國,渦輪流量計在用量上是僅次於孔板流量計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就採用了2600多台各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計,它們已成為優良的天然氣計量儀表。
1.5電磁流量計
電磁流量計是根據法拉弟電磁感應定律製成的一種測量導電性液體的儀表。
電磁流量計有一系列優良特性,可以解決其它流量計不易應用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。
70、80年代電磁流量在技術上有重大突破,使它成為應用廣泛的一類流量計,在流量儀表中其使用量百分數不斷上升。
優點:
(1)測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用於測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等;
(2)不產生流量檢測所造成的壓力損失,節能效果好;
(3)所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響;
(4)流量范圍大,口徑范圍寬;
(5)可應用腐蝕性流體。
缺點:
(1)不能測量電導率很低的液體,如石油製品;
(2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體;
(3)不能用於較高溫度。
應用概況:
電磁流量計應用領域廣泛,大口徑儀表較多應用於給排水工程;中小口徑常用於高要求或難測場合,如鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制,造紙工業測量紙漿液和黑液,化學工業的強腐蝕液,有色冶金工業的礦漿;小口徑、微小口徑常用於醫葯工業、食品工業、生物化學等有衛生要求的場所。
1.6 渦街流量計
渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發生體,流體在發生體兩側交替地分離釋放出兩串規則地交錯排列的游渦的儀表。
渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。
渦街流量計是屬於最年輕的一類流量計,但其發展迅速,目前已成為通用的一類流量計。
優點:
(1)結構簡單牢固;
(2)適用流體種類多;
(3)精度較高;
(4)范圍度寬;
(5)壓損小。
缺點:
(1)不適用於低雷諾數測量;
(2)需較長直管段;
(3)儀表系數較低(與渦輪流量計相比);
(4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應用經驗。
1.7 超聲流量計
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。
根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及雜訊法等。
超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適於解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點,近年來它是發展迅速的一類流量計之一。
優點:
(1)可做非接觸式測量;
(2)為無流動阻撓測量,無壓力損失;
(3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。
缺點:
(1)傳播時間法只能用於清潔液體和氣體;而多普勒法只能用於測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;
(2)多普勒法測量精度不高。
應用概況:
(1)傳播時間法應用於清潔、單相液體和氣體。典型應用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;
(2)氣體應用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗;
(3)多普勒法適用於異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用於非常清潔的液體。
1.8 科里奧利質量流量計
科里奧利質量流量計(以下簡稱CMF)是利用流體在振動管中流動時,產生與質量流量成正比的科里奧利力原理製成的一種直接式質量流量儀表。
我國CMF的應用起步較晚,近年已有幾家製造廠(如太行儀表廠)自行開發供應市場;還有幾家製造廠組建合資企業或引用國外技術生產系列儀表。
1.9明渠流量計
與前述幾種不同,它是在非滿管狀敞開渠道測量自由表面自然流的流量儀表。
非滿管態流動的水路稱作明渠,測量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(open channel flowmeter)。
明渠流量計除圓形外,還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。
明渠流量計應用場所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工礦企業水排放以及水利工程和農業灌溉用渠道。有人估計1995台,約占流量儀表整體的1.6%,但是國內應用尚無估計數據。
2 新工作原理流量儀表的研究和開發
2.1 靜電流量計(electrostatic flowmeter)
日本東京技術學院研製適用於石油輸送管線低導電液體流量測量的靜電流量計。
靜電流量計的金屬測量管絕緣地與管系連接,測量電容器上靜電荷便可知道測量管內的電荷。他們分別作了內徑4~8mm銅、不銹鋼等金屬和塑料測量管儀表的實流試驗,試驗表明流量與電荷之間接近於線性。
2.2 復合效應流量儀表(combined effects meter)
該儀表的工作原理是基於流體的動量和壓力作用於儀表腔體產生的變形,測量復合效應的變形求取流量。本儀表由美國GMI工程和管理學院開發,已申請兩項專利。
2.3 轉速表式流量感測器(tachmetric flowrate sensor)
它是由俄羅斯科學工程中心工業儀表公司開發，是基於懸浮效應理論研製的。該儀表已在若干現場成功的應用(例如在核電站安裝2000餘台測量熱水流量，連續使用8年),且還在改進以擴大應用領域。
3 幾種流量儀表應用和發展動向
3.1 科里奧利質量流量計(CMF)
國外CMF已發展30餘系列，各系列開發在技術上著眼點在於:流量檢測測量管結構上設計創新;提高儀表零點穩定性和精確度等性能;增加測量管撓度,提高靈敏度;改善測量管應力分布,降低疲勞損壞,加強抗振動干擾能力等。
3.2 電磁流量計(EMF)
EMF從50年代初進入工業應用以來,使用領域日益擴展,80年代後期起在各國流量儀表銷售金額中已佔16%~20%。
我國近年發展迅速,1994年銷售估計為6500~7500台。國內已生產最大口徑為2~6m的ENF,並有實流校驗口徑3m的設備能力。
3.3 渦街流量計(USF)
USF在60年代後期進入工業應用,80年代後期起在各國流量儀表銷售金額中已佔4%~6%。1992年世界范圍估計銷售量為3.54.8萬台,同期國內產品估計在8000~9000台。
4 結論
由上述可知,流量計發展到今天雖然已日趨成熟,但其種類仍然極其繁多,至今尚無一種對於任何場合都適用的流量計。
每種流量計都有其適用范圍,也都有局限性。這就要求我們:
(1)在選擇儀表時,一定要熟悉儀表和被測對象兩方面的情況,並要兼顧考慮其它因素,這樣測量才會准確;
(2)努力研製新型儀表,使其在現有的基礎上更加完善。

流量相關的物性參數
在流量測量和計算中，要使用到一些流體的物理性質（流體物性），它們對流量測量的准確度及流量計的選用都有很大影響。我們對這些物性參數只作基本概念及一些簡單計算式的介紹，詳細數據資料需到有關手冊去查詢。
1．流體的密度
流體的密度由下式定義

ρ—流體密度，kg/m3；
m—流體的質量，kg；
V—流體的體積，m3。
（1） 液體的密度
壓力不變時，液體密度計算式為：

ρ—溫度t時液體的密度，kg/m3；
ρ20—20℃時液體的密度，kg/m3；
μ—液體的體積膨脹系數，1/℃；
t—液體的溫度，℃。
溫度不變時，液體密度計算式為：

ρ1—壓力P1時液體的密度，kg/m3；
ρ0—壓力P0時液體的密度，；kg/m3；
β—液體的體積壓縮系數1/Mpa；
P0、P1——液體的壓力，Mpa。
通常壓力的變化對液體密度的影響很小，在5Mpa以下可以忽略不計，但是對於碳氫化合物，即使在較低壓力下，亦應進行壓力修正。
（2） 氣體的密度
工作狀態下干氣體的密度計算式為：

ρ—工作狀態下干氣體的密度，kg/m3；
ρn—標准狀態下（293.15k，101.325kPa）干氣體的密度，kg/m3；
p—工作狀態下氣體的絕對壓力，kPa；
pn—標准狀態下絕對壓力，101.325kPa；
T—工作狀態下氣體的絕對溫度，K；
Tn—標准狀態下絕對溫度，293.15K；
Zn—標准狀態下氣體的壓縮系數；
Z—工作狀態下氣體的壓縮系數。
2．流體的粘度
流體本身阻滯其質點相對滑動的性質稱為流體的粘性。流體粘性的大小用粘度來度量。同一流體的粘度隨流體的溫度和壓力而變化。通常溫度上升，液體的粘度下降，而氣體粘度上升。液體粘度只在很高壓力下才需進行壓力修正，而氣體的粘度與壓力、溫度的關系十分密切。表徵流體粘度常用有如下二種：
（1）動力粘度

η——流體動力粘度，Pa•s；
τ—單位面積上的內摩擦力，Pa；
—速度梯度，1/s；
u —流體流速，m/s；
h —兩流體層間距離，m。
（3）運動粘度 流體的動力粘度與其密度的比值稱為運動粘度。

v——運動粘度m2/s 。
3．熱膨脹率
熱膨脹率是指流體溫度變化1ºC時其體積的相對變化率，即：

β—流體的熱膨脹率，1/℃；
V —流體原有體積，m3；
∆V—流體因溫度變化膨脹的體積，m3；
∆T—流體溫度變化值，℃。
4．壓縮系數
壓縮系數是指當流體溫度不變，所受壓力變化時，其體積的變化率，即：

k—流體的壓縮系數，1/Pa；
∆V—壓力為p時的流體體積m3；
∆p—壓力增加∆p時流體體積的變化量，m3。
5．雷諾數
雷諾數是一個表徵流體慣性力與粘性力之比的無量綱量，其定義為：

V—流體的平均速度，m/s；
L—流速的特徵長度，如在圓管中取管內徑值，m；
ν—流體的運動粘度，m2/s。
雷諾數的大小可以判斷流動的狀態，一般管道雷諾數Re＜2300為層流狀態，Re＝2000～4000為過渡狀態，Re＞4000為湍流（紊流）狀態。

希望能用上。

『貳』 兩相電機的測量方法

為了實現對氣液兩相流的粒子粒徑、空間分布及其速度測量,對激光干涉氣液兩相流測量技術(ILIDS)進行了深入研究,該技術是一種應用於氣液兩相流測量的新技術,其主要優點是不幹擾流場和顆粒粒徑、位置測量精度高。基於該技術所開發的圖像自動處理方法可以利用普通粒子成像測量技術系統拍攝氣液兩相流的激光散射干涉圖像,並利用圖像卷積定位、傅里葉變換頻率分析及其圖像互相關測速等圖像處理手段從干涉圖像中自動提取粒子的位置、直徑和速度信息。為了驗證該方法的測量精度,對噴嘴生成的氣水兩相流進行了測量實驗,得到了噴嘴出口處不同區域的粒徑、速度矢量的空間分布,並將測得的速度矢量與用粒子成像測量技術方法測得的結果進行對比,證明兩種方法測量的平均速度差別僅為0.38%。

『叄』 多相流理論研究

隨著水文地質科學的發展，地下水水流和溶質運移的理論也在不斷發展。目前有關多相流理論的研究受到了水文地質學界的極大關注，許多學者認為這一領域的研究是水文地質學在21世紀的熱點之一。

目前，對於地下環境中的水、溶質在單相的流體狀態下的作用和運移問題的研究比較成熟，但實際上，水和溶質在地下的運移是一個非常復雜的體系，包括氣—液—固的多相體系，有時還要考慮能量的變化和影響等問題。如不論應用何種模型進行地下水資源評價，含水層補給量的計算都非常重要，這就首先要考慮水在包氣帶的運移和作用，而水在包氣帶的運移就是一個水-氣的多相流問題。在研究地下水中的污染質運移問題時，還要考慮污染物與介質的反應，即考慮固相問題。因此，多相流運移理論的研究對於地下水資源評價、地下水污染的模擬預報都具有重要的意義。

一、多相流理論研究的現狀

目前國際上水文地質界對地下的多相流系統研究比較重視，特別是在溶質遷移方面，如對NAPL（Nonaqueous Phase Liquid，非水相液體）污染質的研究已成為水文地質學者研究的熱點和前沿（H.J.Vermeulen，1996）。NAPL屬於有機污染，與水非混溶，可來自石油、石油化工、農葯、洗滌劑等等，范圍非常廣泛。NAPL在地下環境中的運移是一個非常復雜的問題，實際上它是一個氣-水-NAPL-固多相體系。目前，國際上NAPL在包氣帶和含水層中運移的模擬模型較多，但大部分的模型所考慮的問題單一，僅就某一方面建立模型進行模擬。如Jacob Bear（1996）對潛水面上LNAPL（L表示light，輕非水相液體）透鏡體運移的研究，利用垂向上水、LNAPL和氣三相平衡分布的假設，建立了NAPL漂浮在潛水面上的物質平衡方程，並進行了模擬；Paul C.Reeves和Michael A.Celia（1996）建立了「空隙規模」的網路模型，對毛細壓力、飽和度和相界面積間的關系進行了計算；Chiu-On Ng和Chiang C.Mei（1996）建立了模型模擬了包氣帶中VOC（揮發性有機物）的運移問題；Rainer Helmig（1996）建立了非均質孔隙介質中DNAPL（D表示dense，重非水相液體）運移的模擬模型，等等。

美國能源部太平洋西北實驗室最近成功開發了「多相流地下運移」大型模擬模型軟體，可用來解決復雜的、非線性、多相流、非飽和的水流、物質和能量等運移問題，它幾乎涉及了絕大部分的污染質運移問題（M.D.White&M.Oostrom，1995）。「多相流地下運移」模型具有九個亞模型，分別為：水模型、水-氣模型、水-氣-能量模型、水-油模型、水-氣-油模型、水-氣-油-能量模型、水-鹽模型、水-氣-鹽模型和水-氣-能量-鹽模型。每個亞模型都可獨立使用，模型間也可共用一些模塊。根據不同的具體問題，模型可以模擬一維、二維和三維流情形。

（一）水亞模型

主要考慮水和岩石介質的作用，可模擬飽和、非飽和情況下的地下水流問題和污染質運移問題。模型中物理參數可以是常數也可以隨水相壓力改變而變化，模擬層的飽和度（S）、滲透率（k）是由不同的S-k-p（p為壓力）關系得到的。這種關系可以是滯後的、非滯後的，而且可以考慮流體的「包裹」現象。模型的計算結果包括：水相壓力、飽和度、水相達西速度、溶質濃度和溶質通量。

（二）水-氣亞模型

考慮水相、氣相和岩石介質，模擬飽和、非飽和地下水流問題和溶質運移問題，並有氣相參與。模型假設溶解的氣相物質在氣-液相間的轉換符合亨利定律，被模擬的污染物質可以在液相和氣相中運移。模擬層的S-k-p關系可以是滯後的、非滯後的，而且可以考慮流體的「包裹」現象。模型計算結果包括：水相和氣相壓力、飽和度、水相和氣相達西速度、溶質濃度和溶質通量。

（三）水-氣-能量亞模型

模型同時求解水、氣和能量守恆三個方程，與水-氣亞模型的區別是增加了溫度變數，在模型中考慮了熱量的傳輸和轉換。由於溫度的變化，水相飽和度的變化范圍增大。模型計算結果包括：水相和氣相壓力、溫度、飽和度、水相和氣相達西速度、熱通量、溶質濃度和溶質通量。該模型還可以模擬冰凍過程，包括孔隙中水的冰凍過程，模擬中還考慮溶質濃度對冰凍的影響。

（四）水-油亞模型

考慮水、NAPL和岩石介質，模擬水、NAPL和其他溶質的飽和、非飽和運移問題。模擬層的S-k-p關系可以是滯後的、非滯後的，而且可以考慮流體的「包裹」現象。污染質可以在水和NAPL中運移。模型計算結果包括：水相和NAPL壓力、飽和度、水相和NAPL達西速度、溶質濃度和溶質通量。

（五）水-氣-油亞模型

模型同時求解水、氣和VOC質量守恆3個方程，可模擬水相、氣相、NAPL和岩石系統的流動和溶質運移問題。模型考慮了 VOC和溶解的氣體在不同相之間的轉換，並假設這種相之間的轉換達到平衡。被模擬的污染物質可以在液相、氣相和NAPL中運移。模擬層的S-k-p關系可以是滯後的、非滯後的，而且可以考慮流體的「包裹」現象。模型計算結果包括：水相、氣相和NAPL壓力、飽和度、水相、氣相和NAPL達西速度、溶質濃度和溶質通量。

（六）水-氣-油-能量亞模型

模型同時求解水、氣、VOC和能量守恆方程，在水-氣-油模型的基礎上增加了溫度變數。模型可模擬水-氣-岩石系統中不同流體飽和程度下水和溶質的運移以及熱能的轉換。模型計算結果包括：水相、氣相和NAPL壓力、溫度、飽和度、水相、氣相和NAPL達西速度、熱通量、溶質濃度和溶質通量。

（七）水-鹽亞模型

模型同時求解水、鹽質量守恆兩個方程，可模擬飽和、非飽和情況下水流和溶質運移問題。這一模型的特點是：被模擬水流的物理特性隨水中鹽濃度的變化而變化，這與一般的溶質運移模型的假設不同。模擬層的S-k-p關系可以是滯後的、非滯後的，而且可以考慮流體的「包裹」現象。被模擬的污染物質（不是鹽分）可以在液相中運移。模型計算結果包括：水相壓力、飽和度、水相達西速度、鹽濃度、鹽通量、溶質濃度和溶質通量。

（八）水-氣-鹽亞模型

模型同時求解水和氣質量守恆兩個方程，在水-鹽亞模型的基礎上增加了氣相的參與。鹽分在水相中運移，並考慮其與介質的作用。鹽分質量守恆方程與流動方程同時求解。模型假設溶解的氣相物質在氣-液相間的轉換符合亨利定律。被模擬的污染物質（不是鹽分）可以在液相和氣相中運移，並與介質具有不同的作用。模型計算結果包括：水相、氣相壓力、飽和度、水相、氣相達西速度、鹽濃度、鹽通量、溶質濃度和溶質通量。

（九）水-氣-能量-鹽亞模型

模型同時求解水、氣和能量守恆3個方程，與水-氣-鹽模型的區別是增加了溫度變數。在模型中考慮了熱量的傳輸和轉換。模型計算結果包括：水相、氣相壓力、溫度、飽和度、水相、氣相達西速度、熱通量、鹽濃度、鹽通量、溶質濃度和溶質通量。該模型還可以模擬冰凍過程，包括孔隙中水的冰凍過程，模擬中還考慮溶質濃度對冰凍的影響。

這9個亞模型組成了「多相流地下運移」模型，它幾乎涉及了飽和、非飽和、多相流等地下溶質運移和作用的全部過程，這一模型對邊界條件的處理也具有很大的靈活性和實用性。對於水、氣和VOC質量守恆方程，採用8種邊界條件，分別為：Dirichlet、Neumann、零通量、初始條件、飽和、單位梯度、水力梯度和自由梯度；對於能量和溶質守恆方程，採用Dirichlet、零通量、初始條件、流出和流入5種邊界條件。總之，這一模型具有很強的模擬功能和實用性。

二、存在的問題和未來發展趨勢

首先，在目前多相流的研究中，多使用達西定律來描述氣體的運動。雖然達西定律是地下水在含水層中運移的重要定律，但能否直接應用於描述地下氣體的流動，以及如何確定相關參數仍是問題。此外，有關氣相運移的模型在實際操作中仍有很大的不確定性，如初始、邊界條件的確定，熱力學反應參數的確定等。

此外，在非飽和帶中，採用不同的S-k-p關系來描述其特性時，有的模型甚至有五六種關系可供選擇，包括了滯後作用、包裹現象等等。但如何根據實際問題真實地反應包氣帶中氣、NAPL和水之間的相互作用並給予描述，目前仍然是一個困難。

在多相流模擬模型研究中，實驗室機理模擬尤為重要。如以前一直認為DNAPL一般只出現在含水層的底部，但經過室內模擬實驗，發現DNAPL可以在包氣帶或含水層中滲透性能相對弱的層位或呈透鏡體存在。此外，包氣帶中S-k-p的關系對於污染質運移的模擬至關重要，它的確定也需要大量的實驗室工作。

以上多相流研究中存在的問題也正是未來研究的方向和發展趨勢。許多學者實際上已經開始了上述領域的研究。

『肆』 目前多相流計量的基本思想和方法有哪些

聯恆星科技智能油井多相流量計是一款非分離、無輻射、高實時性的計量裝置，能夠提供油、氣、水、液多相的瞬時產量，累計產量和含水率、含氣率、氣液（油）比等關鍵指標數據。其技術水平和應用效果填補了國內該領域的空白，並且達到國際領先水平。該產品主要用於上游油氣生產過程中井口油-氣-水多相流原油產出物的各相流量在線計量，可以取代傳統的分離式計量罐以及通過多通閥進行倒井的復雜計量流程，能夠有效助力智慧油田油氣生產物聯網建設，並且適用陸地、海洋的單井、匯井等環境。

該產品採用多種多相流實時計量的核心技術，採用模塊化設計，包含電學層析成像模塊、實時在線微波組分測量模塊、雙差壓文丘里流量測量模塊以及多感測器高速數據採集模塊，並且搭配油氣生產大數據管理及分析系統，不但能夠直觀的掌握油氣水產出規律，為生產決策提供實時和准確的量化數據，還能夠促進油氣田降本增效、工況診斷、精簡地面工程、優化生產管理，為每一口井建立全生命周期的「個人」健康檔案，實現向智能油氣田的升級轉型。

『伍』 多相流兩項不同入口不同出口如何設置

可參考立交橋的設計

『陸』 如何多相流中體積分數梯度

多相流的測量主要是測量相持率和各相的流速。針對不同類型的多相流，測量的方式都不同。氣固兩相流、液固兩相流，對固體顆粒可以用示蹤方法，對分離了顆粒的流體相可以採用通用的流量計測量。對於氣液兩相流體，要區分層流和紊流情況，關注相持率和兩相滑脫問題。可以用射線法、微波、聲波、渦輪等等，方式多種多樣。目前市面上常見的多相流流量計對應用范圍都有嚴格的定義。

『柒』 Fluent做流體分析的時候，離散相和多相流有什麼區別啊 我就想知道什麼是離散相，什麼是多相流

轉的：

兩相流：通常把含有大量固體或液體顆粒的氣體或液體流動稱為兩相流;其中含有多種尺寸組顆粒群為一個「相」，氣體或液體為另一「相」，由此就有氣—液，氣—固，液—固等兩相流之分。

兩相流的研究：對兩相流的研究有兩種不同的觀點：一是把流體作為連續介質，而把顆粒群作為離散體系;而另一是除了把流體作為連續介質外，還把顆粒群當作擬連續介質或擬流體。

引入兩種坐標系：即拉格朗日坐標和歐拉坐標，以變形前的初始坐標為自變數稱為拉格朗日Langrangian 坐標或物質坐標;以變形後瞬時坐標為自變數稱為歐拉Eulerian 坐標或空間坐標。

離散相模型

 FLUENT在求解連續相的輸運方程的同時，在拉格朗日坐標下模擬流場中離散相的第二相;

 離散相模型解決的問題：煤粉燃燒、顆粒分離、噴霧乾燥、液體燃料的燃燒等;

 應用范圍：FLUENT中的離散相模型假定第二相體積分數一般說來要小於10-12%(但顆粒質量承載率可以大於10-12%，即可模擬離散相質量流率等/大於連續相的流動);不適用於模擬在連續相中無限期懸浮的顆粒流問題，包括：攪拌釜、流化床等;

 顆粒-顆粒之間的相互作用、顆粒體積分數對連續相的影響未考慮;

 湍流中顆粒處理的兩種模型：Stochastic Tracking，應用隨機方法來考慮瞬時湍流速度對顆粒軌道的影響;Cloud Tracking，運用統計方法來跟蹤顆粒圍繞某一平均軌道的湍流擴散。通過計算顆粒的系統平均運動方程得到顆粒的某個「平均軌道」

多相流模型

FLUENT中提供的模型：

 VOF模型(Volume of Fluid Model)

 混合模型(Mixture Model)

 歐拉模型(Eulerian Model)

VOF模型(Volume of Fluid Model)

 VOF模型用來處理沒有相互穿插的多相流問題，在處理兩相流中，假設計算的每個控制容積中第一相的體積含量為α1，如果α1=0，表示該控制容積中不含第一相，如果α1=1，則表示該控制容積中只含有第一相，如果0<α1<1，表示該控制容積中有兩相交界面;

 VOF方法是用體積率函數表示流體自由面的位置和流體所佔的體積，其方法佔內存小，是一種簡單而有效的方法。

混合模型(Mixture Model)

 用混合特性參數描述的兩相流場的場方程組稱為混合模型;

 考慮了界面傳遞特性以及兩相間的擴散作用和脈動作用;使用了滑移速度的概念，允許相以不同的速度運動;

 用於模擬各相有不同速度的多相流;也用於模擬有強烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度運動的多相流;

 缺點：界面特性包括不全，擴散和脈動特性難於處理。

歐拉模型(Eulerian Model)

 歐拉模型指的是歐拉—歐拉模型;

 把顆粒和氣體看成兩種流體，空間各點都有這兩種流體各自不同的速度、溫度和密度，這些流體其存在在同一空間並相互滲透，但各有不同的體積分數，相互間有滑移;

 顆粒群與氣體有相互作用，並且顆粒與顆粒之間相互作用，顆粒群紊流輸運取決於與氣相間的相互作用而不是顆粒間的相互作用;

 各顆粒相在空間中有連續的速度、溫度及體積分數分布。

幾種多相流模型的選擇

 VOF模型適合於分層流動或自由表面流;

 Mixture和Eulerian模型適合於流動中有混合或分離，或者離散相的體積份額超過10%-12%的情況。

Mixture模型和Eulerian模型區別

 如果離散相在計算域分布較廣，採用 Mixture模型;如果離散相只集中在一部分，使用Eulerian模型;

 當考慮計算域內的interphase drag laws 時，Eulerian模型通常比Mixture模型能給出更精確的結果;

 從計算時間和計算精度上考慮

『捌』 自然現象中有哪些多相流現象

氣液兩相流，如:泄水建築中的摻氣水流等。氣固兩相流，如氣流輸送(噴吹)粉料，含塵埃的大氣流動等。液固兩相流，如天然河道中的含沙水流等。

『玖』 Fluent做流體分析的時候，離散相和多相流有什麼區別啊 我就想知道什麼是離散相，什麼是...

轉的： 兩相流：通常把含有大量固體或液體顆粒的氣體或液體流動稱為兩相流;其中含有多種尺寸組顆粒群為一個「相」，氣體或液體為另一「相」，由此就有氣—液，氣—固，液—固等兩相流之分。 兩相流的研究：對兩相流的研究有兩種不同的觀點：一是把流體作為連續介質，而把顆粒群作為離散體系;而另一是除了把流體作為連續介質外，還把顆粒群當作擬連續介質或擬流體。 引入兩種坐標系：即拉格朗日坐標和歐拉坐標，以變形前的初始坐標為自變數稱為拉格朗日Langrangian 坐標或物質坐標;以變形後瞬時坐標為自變數稱為歐拉Eulerian 坐標或空間坐標。 離散相模型 ? FLUENT在求解連續相的輸運方程的同時，在拉格朗日坐標下模擬流場中離散相的第二相; ? 離散相模型解決的問題：煤粉燃燒、顆粒分離、噴霧乾燥、液體燃料的燃燒等; ? 應用范圍：FLUENT中的離散相模型假定第二相體積分數一般說來要小於10-12%(但顆粒質量承載率可以大於10-12%，即可模擬離散相質量流率等/大於連續相的流動);不適用於模擬在連續相中無限期懸浮的顆粒流問題，包括：攪拌釜、流化床等; ? 顆粒-顆粒之間的相互作用、顆粒體積分數對連續相的影響未考慮; ? 湍流中顆粒處理的兩種模型：Stochastic Tracking，應用隨機方法來考慮瞬時湍流速度對顆粒軌道的影響;Cloud Tracking，運用統計方法來跟蹤顆粒圍繞某一平均軌道的湍流擴散。通過計算顆粒的系統平均運動方程得到顆粒的某個「平均軌道」 多相流模型 FLUENT中提供的模型： ? VOF模型(Volume of Fluid Model) ? 混合模型(Mixture Model) ? 歐拉模型(Eulerian Model) VOF模型(Volume of Fluid Model) ? VOF模型用來處理沒有相互穿插的多相流問題，在處理兩相流中，假設計算的每個控制容積中第一相的體積含量為α1，如果α1=0，表示該控制容積中不含第一相，如果α1=1，則表示該控制容積中只含有第一相，如果0<α1<1，表示該控制容積中有兩相交界面; ? VOF方法是用體積率函數表示流體自由面的位置和流體所佔的體積，其方法佔內存小，是一種簡單而有效的方法。 混合模型(Mixture Model) ? 用混合特性參數描述的兩相流場的場方程組稱為混合模型; ? 考慮了界面傳遞特性以及兩相間的擴散作用和脈動作用;使用了滑移速度的概念，允許相以不同的速度運動; ? 用於模擬各相有不同速度的多相流;也用於模擬有強烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度運動的多相流; ? 缺點：界面特性包括不全，擴散和脈動特性難於處理。 歐拉模型(Eulerian Model) ? 歐拉模型指的是歐拉—歐拉模型; ? 把顆粒和氣體看成兩種流體，空間各點都有這兩種流體各自不同的速度、溫度和密度，這些流體其存在在同一空間並相互滲透，但各有不同的體積分數，相互間有滑移; ? 顆粒群與氣體有相互作用，並且顆粒與顆粒之間相互作用，顆粒群紊流輸運取決於與氣相間的相互作用而不是顆粒間的相互作用; ? 各顆粒相在空間中有連續的速度、溫度及體積分數分布。 幾種多相流模型的選擇 ? VOF模型適合於分層流動或自由表面流; ? Mixture和Eulerian模型適合於流動中有混合或分離，或者離散相的體積份額超過10%-12%的情況。 Mixture模型和Eulerian模型區別 ? 如果離散相在計算域分布較廣，採用 Mixture模型;如果離散相只集中在一部分，使用Eulerian模型; ? 從計算時間和計算精度上考慮

『拾』 如何在fluent中設置多相流

使用一般多相流模型的步驟（Steps for Using the General Multiphase Models）
設置和求解一般多相流問題的步驟的要點如下，各個子部分詳細的講述在隨後的章節中。記住這里給出的僅是與一般多相流計算相關的步驟。有關你使用的其它模型和相關的多相流模型的輸入的詳細信息，將在這些模型中合適的部分給出。
1) 選中你想要使用的多相流模型（VOF, mixture, or Eulerian）並指定相數。 Define Models Multiphase... 2) 從材料庫中復制描述每相的材料。
Define Materials...
如果你使用的材料在庫中沒有，應創建一種新材料。 !!如果你的模型中含有微粒（granular）相，你必須在fluid materials category中為它創建新材料（not the solid materials category.）
3) 定義相，指定相間的相互作用（interaction）(例如，使用歐拉模型時的drag functions) Define Phases...
4) (僅對歐拉模型)如果流動是紊流，定義多相紊流模型。
Define Models Viscous...
5) 如果體積力存在，turn on gravity and specify the gravitational acceleration. Define Operating Conditions...
6) 指定邊界條件，包括第二相體積份額在流動邊界和壁面上的接觸角。 Define Boundary Conditions... 7) 設置模擬具體的解參數
Solve Controls Solution...
8) 初始化解和為第二相設定初始體積份額。
Solve Initialize Patch... 9) 計算求解和檢查結果