一种用β射线实现多相流流量的测量方法

本发明涉及一种多相流流量的测量方法，具体地说是一种用β射线实现多相流流量的测量方法。

背景技术：

1、计量是工业生产的眼睛，流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有着密切的关系。做好这一工作，对保证产品质量，提高生产效率，促进科学技术的发展都具有重要的作用，特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显。

2、流量计量广泛应用于工业生产、农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活的各个领域之中。在石油的原油生产中，从石油的原油开采、运输、冶炼和加工直至贸易销售，流量计量贯穿于全过程中，任何一个环节都离不开流量计量，否则将无法保证石油工业的正常生产和贸易往来。

3、非牛顿流体是典型的多相流，常见的非牛顿流体有固液两相流(石油的原油和血液)，以及两种不相溶的液体混合物液液两相流(如油水)，非牛顿流体在管道运输过程中通常会含有气体，对于含有气体的非牛顿流体，用传统的计量方法很难确定多相流中气态、固态或液态的比重和流量。在多相流中，常常需要掌握它们的重要参数，如流速、体积流量、密度等，通过这些参数对它们进行测量和控制。含气体的非牛顿流体的直接测量是比较困难的，在复杂测量环境和工况条件下，受温度、压力、流速、湿度等工况因素的干扰影响，导致直接测量数据出现较大的偏差，经常出现无效数据。

技术实现思路

1、本发明的目就是提供一种用β射线实现多相流流量的测量方法，以解决对含有气体的非牛顿流体的流量测量不准确的问题。

2、本发明目的是这样实现的：

3、一种用β射线实现多相流流量的测量方法，包括如下步骤：

4、s1.在压强不变的条件下，分别测量在至少两个不同温度的条件下β射线穿过流速为0的气体的剩余衰减量；根据不同温度的条件下的剩余衰减量，计算温度变化系数；

5、s2.在温度不变的条件下，分别测量在至少两个不同压强的条件下β射线穿过流速为0的气体的剩余衰减量；根据不同压强的条件下的剩余衰减量，计算压强变化系数；

6、s3.在温度和压强不变的条件下，分别测量在至少两个不同流速的条件下β射线穿过气体的剩余衰减量；根据不同流速的条件下剩余衰减量，计算流速变化系数；

7、s4.在设定压强和设定温度条件下，令一定量的非牛顿流体放进测量室中以设定速度进行流动，且所述非牛顿流体在流动过程中不充满测量室截面，测量β射线穿过所述非牛顿流体的剩余衰减量，并根据设定压强和设定温度，计算在设定速度下β射线穿过气体的剩余衰减量；改变设定速度至少10次，得到至少10次的非牛顿流体的剩余衰减量和气体的剩余衰减量，根据每次测得的气体的剩余衰减量以及非牛顿流体的剩余衰减量，计算含有气体的非牛顿流体的质量吸收系数；

8、s5.在现场环境下测量被测非牛顿流体的质量流量时，测量被测非牛顿流体的现场流速、现场压强和现场温度，根据温度变化系数、压强变化系数、流速变化系数、被测非牛顿流体的现场流速、现场压强和现场温度，计算现场环境下流动气体的剩余衰减量；

9、s6.测量现场环境下被测非牛顿流体的剩余衰减量，根据现场环境下流动气体的剩余衰减量、被测非牛顿流体的剩余衰减量、β射线的照射体积以及含有气体的非牛顿流体的质量吸收系数，计算被测非牛顿流体的密度；

10、s7.测量被测非牛顿流体经过测量室的时间，根据被测非牛顿流体的密度、被测非牛顿流体的现场流速、测量室的截面积以及被测非牛顿流体经过测量室的时间，计算被测非牛顿流体的质量流量。

11、进一步地，气体的温度变化系数的计算公式为：

12、

13、其中，i气ρ为温度为t1时测得的气体的剩余衰减量，i气2为温度为t2时测得的气体的剩余衰减量，i气1和i气2均为流速为0且在同一压强以及直径相同的测量室测得的剩余衰减量；

14、压强变化系数的计算公式为：

15、

16、其中，i气3为在压强为p1时测得的气体的剩余衰减量，i气4为在压强为p2时测得的气体的剩余衰减量，i气3和i气4均为流速为0且在同一温度以及直径相同的测量室测得的剩余衰减量；

17、流速变化系数的计算公式为：

18、

19、其中，i定1为气体流速为0时测得的气体的剩余衰减量，i动1为气体流速为u1时测得的气体的剩余衰减量，i定1和i动1均为同一温度和压强以及直径相同的测量室测得的剩余衰减量。

20、进一步地，步骤s4中计算在设定速度下气体的剩余衰减量的具体方式为：

21、s4a-1.根据设定压强p设、设定温度t设、温度变化系数kt、压强变化系数kp、标准压强p定、常温t定以及在标准压强和常温条件下的气体的剩余衰减量i定，计算设定压强和设定温度且流速为0条件下气体的剩余衰减量i设：

22、s4a-2.根据设定速度u设、流速变化系数ku和设定压强和设定温度且流速为0条件下气体的剩余衰减量i设，计算在设定速度下气体的剩余衰减量i动2：

23、进一步地，步骤s4中计算含有气体的非牛顿流体的质量吸收系数μm动的具体方式为：

24、

25、其中，n为测量非牛顿流体的剩余衰减量的次数，u设i为第i次的设定速度，ρ动1为非牛顿流体的浓度，i动2i为在第i次的设定速度下气体的剩余衰减量，i2i为第i次非牛顿流体的剩余衰减量。

26、进一步地，步骤s5中计算现场环境下流动气体的剩余衰减量：

27、s5a-1.测量在标准气压p定和常温t定下，气体流速为0时，β射线穿过气体的剩余衰减量i定；

28、s5a-2.根据现场温度t现、现场压强p现、温度变化系数kt和压强变化系数kp，计算现场环境下气体流速为0时的气体的剩余衰减量i现：

29、

30、其中，i定和被测非牛顿流体的剩余衰减量是在直径相同的测量室测量得到的，p定为标准压强，t定为常温，i定为在标准压强和常温且流速为0条件下的气体的剩余衰减量；

31、s5a-3.根据现场环境下气体流速为0时的气体的剩余衰减量i现、被测非牛顿流体的现场流速u现和流速变化系数ku，计算现场环境下流动气体的剩余衰减量i动3：

32、进一步地，被测非牛顿流体的密度ρ动2为：

33、

34、其中，i2为被测非牛顿流体的剩余衰减量，其中，d是测量室的管道直径，l为β射线的照射长度。

35、进一步地，被测非牛顿流体的质量流量qm为：

36、qm＝ρ动2×u现×a×t

37、其中，ρ动2为被测非牛顿流体的密度，a为测量室的截面积，t为管道中流体经过测量室的时间。

38、采用β射线实现多相流流量测量的方法，可以直接地测量出质量流量，无需进行换算就可以提供准确流量，而且在测量过程中考虑了复杂测量环境和工况等条件，充分考虑了温度、压力、流速对多相流体测量结果的影响，减少了环境参数对直接测量体积流量对结果的影响。

39、本发明通过实验计算温度、压强以及流速对β射线的影响，并根据这些影响以及在常温和标准压强下的气体的剩余衰减量，计算出气体在测量环境下的气体的剩余衰减量，并通过测量β射线通过非牛顿流体的剩余衰减量，计算出非牛顿流体的浓度，进而可准确地计算出气固混合物的累积质量流量。本发明的目的就是利用β射线的衰减原理在工况条件下测量多相流混合流体的重要参数，可以很好的结合流体力学和热力学的知识综合适应多相流的复杂工况和测量环境。