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湿气广泛存在于石油、化工、冶金等工业领域。液相体积含率作为气液两相流的重要参数之一,实现其准确测量不仅直接影响流量的测量精度,而且对工业生产、科学研究具有重要意义。本文利用计算流体力学数值模拟与实流实验相结合的方法,开展液相体积含率的研究,主要内容包含以下几个方面:(1)文丘里扩张段优化及对含水率测量的研究将气液两相近似看作均匀雾状流,对文丘里管扩张段加速压降和摩阻压降进行理论分析,寻找影响压降发生变化的主要因素。利用DPM模型与EWF相结合的方法,针对管径50mm节流比0.55的长喉颈文丘里在温度308.15K,高压4MPa下进行不同流速、不同液相体积含率的数值模拟,从扩张角度和扩张段形状入手设计了4种结构,寻找出适合湿气流动且能提高文丘里前后差压比值K对液相体积含率LVF线性辨识能力的最优结构——弧直形扩张段文丘里,通过0.4MPa及0.8MPa的实验验证进一步证实了弧直形扩张段文丘里在保证湿气流动稳定前提下,将差压比K与LVF的线性度由原先的LVF1.5%拓宽到LVF5%,突破了长喉颈文丘里在液相含率偏高时测量受到的限制。(2)基于旋流分相一体式的电容含水测量方法从电容器结构着手,设计出旋流分相一体式含水测量装置。该装置通过旋流叶片实现气相集中在中心区域、液相沿管壁的分相分布。利用Fluent 14.0软件提供的RNG k-ε湍流模型中的混合湍流求解测量段内两相高强度旋转流动,结合Eulerian多相流模型,分别对0.6、0.9、1.2MPa下的气液两相流进行速度和体积分数的分析对比,构造出与液相体积含率唯一相关的电容器,即半径50mm长300mm的金属圆柱体,最中心处插入直径32mm长216mm的金属内电极,内外电极间为4圈绝缘旋流叶片。在此基础上通过3D有限元Comsol电场仿真获得不同含液率对应的电容值。针对上述参数研制电容含水测量原理样机,在天津大学流量实验室的中压湿气实验装置上开展相同工况的实流实验,结果表明,在气相流速大于5m/s时仿真与实验比对较为理想,流速低于5m/s时仿真和实验偏差较大,但借助仿真证实了该样机的局限性,即在低流速高含液情况下,液相分布会导致电容器短路,也为后续含水测量方法的进一步研究奠定了基础。