автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Тепловые методы и системы измерения расхода газожидкостных потоков веществ

На правах рукописи

Булкин Дмитрий Дмитриевич ¿¿^'^^ ^

ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ПОТОКОВ ВЕЩЕСТВ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание учетной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2009

003479607

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

Соколов Геннадий Александрович

Жерновой Александр Иванович Черникова Анна Владимировна

Ведущая организация: ГУЛ ВНИИ метрологии им. Д.И. Менделеева

Защита диссертации состоится «/?» OjcT 2009 года в часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.230.03 при государственном образовательном учреяздении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)» по адресу: 190013 г. Санкт-Петербург, Московский пр., д.26 (ауд.61)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направть по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д26, СПбГЩТУ), Ученый совет; тел. +7 (812) 49493-75, факс+7 (812) 712-77-91, e-mail: dissovet@lti-gti.ru

Автореферат разослан (Лм7~ 2009 г.

Ученый секретарь ,

диссертационного совета

д.т.н. X—^ Халимон В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Несмотря на широкую номенклатуру средств измерения расхода, требуют решения специфические задачи измерения расходов как по диапазонам расходов (малые и мккрорасходы), Так и по их свойствам и составу (например, многофазные потоки). Газожидкостные потоки находят применение в технологических процессах ряда отраслей промышленности: добыче и переработке нефти, переработке и производстве полимеров, микроэлектронике, водоочистке, авиастроении, биотехнологиях, фармацевтике, медицине, нанесении покрытий, пищевом производстве.

Для измерения газожидкостных потоков применяются наиболее перспективные в настоящее время неконтактные средства измерения - ультразвуковые, кореолисовые, а также тепловые. Однако существующие тепловые расходомеры (калориметрического типа) не позволяют получать информацию о расходе газовой фазы в потоке и область их функционирования ограничена малыми величинами газосодержания.

Предлагаемое исследование посвящено развитию бесконтактных тепловых методов, обладающих широкой информативностью и высокой эксплуатационной надежностью, с целью устранения указанных ограничений. Для решения поставленной задачи наиболее актуальным является применение совокупности тепловых методов и создание новых структур расходомеров, позволяющих измерять расходы компонентов газожвдкостной смеси и при необходимости свойства жидкой фазы.

Целью исследований является разработка принципов построения тепловых бесконтактных расходомеров для измерения расхода газожидкостных потоков на базе многоканальных первичных измерительных преобразователей. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Предложены структуры расходомеров газожидкостных потоков, базирующиеся на комбинациях основных бесконтактных тепловых методов измерения;

2. Разработаны физические модели первичных измерительных преобразователей (ПИП) расходомеров, исследовательская установка и предложена методика проведения эксперимента;

3. Систематизированы и количественно оценены погрешности информативных параметров, а также влияние неинформативных величин и факторов на метрологические характеристики исследуемых методов;

4. Экспериментально определена чувствительность информативных параметров, характеризующая избирательность к расходам отдельных фаз в газожидкостном потоке; . \

5. Разработаны математические модели процесса теплопереноса в первичном измерительном преобразователе для газожидкостных потоков;

6. Создана методика расчета конехрукшиных и энергетических параметров первичных измерительных преобразователей на основе полученных экспериментальных и теоретических результатов;

7. Разработан алгоритм функционирования расходомера и представлены результаты практического применения разработанного прибора.

Методы исследований. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований, методы математической статистики, теории теплопереноса и математического моделирования. Научной новизной являются:

1. структуры тепловых бесконтактных расходомеров газожидкостных потоков, основанных на методе совокупных измерений;

2. аналитические математические модели процессов конвективно-кондуктивного теплопереноса в первичных измерительных преобразователях (ПИП) расходомеров газожидкостных потоков, специфика теплообмена в которых учитывается введением эффективной теплопроводности при математической формулировке моделей;

3. математическое описании способа реализации вычисления расходов отдельных фаз потока при совокупных измерениях величин информативных параметров;

4. в впервые созданный обобщенный алгоритм функционирования расходомера, обеспечивающий его применение для предложенных структур первичного измерительного преобразователя;

Практическая ценность работы заключается в:

1. разработке методики структурно-параметрического синтеза тепловых расходомеров газожидкостных потоков, разработанной на основе проведенных теоретических экспериментальных исследований;

2. создании универсального измерительно-вычислительного блока для применения с первичными преобразователями различных принципов действия и конструкций;

Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается использованием современных технических средств и методов измерения. Дисшверность теоретических положений и результатов подтверждается уда2летаср1ггелы1си для практики сходимостью с зкспер^Шснтальными данными (погрешность моделей в пределах 12-21%);

На защиту выносятся:

1. Впервые предложенные принципы построения многопараметрических бесконтакгаых тепловых расходомеров для измерения газожидкостных потоков;

2. Методика экспериментальных исследований разработанных физических моделей расходомеров и количественная оценка их метрологических показателей;

3. Результаты экспериментальных исследований и оптимизации конструктивных и энергетических параметров первичных преобразователей;

4. Математические модели тепловых процессов в первичном измерительном преобразователе расходомера для целей параметрического синтеза, проектирования и вычисления расходов фаз в газожидкостном потоке;

5. Систематизация источников, оценка погрешности и способы улучшения метрологических характеристик расходомера;

6. Обобщенный алгоритм функционирования расходомера.

Практическая ценность результатов. Результаты работы приняты к реализации на предприятии по переработке пластмасс ОАО «Аэлита».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Международных научно-технических конференциях «Коммерческий учет энергоносителей» (Санкт-Петербург, 2006 г.), ММТТ-20 (Ярославль, 2007 г.), ММТТ-21 (Саратов, 200Е г.), ММТГ-22 (Псков, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ из них 1 в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссфгация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 93 источника. Работа изложена на 146 страницах, содержит 69 рисунков, 36 таблиц и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, научная новизна и практическая значимость, сформулированы цели и задачи работы, кратко рассмотрено содержание диссертации.

В первой Главе сформулирована специфика задачи измерения расхода газожицкосшой среда. На примерах показано, что в зависимости от конкретного технологического процесса средство измерения должно обладать избирательностью к

расходу одной щ фаз потока, возможностью измерения расходов обеих фаз, способностью определять свойства яа щкой фазы.

Б указанной пиве приведены описание режимов газожидкоешых смесей и обзор современных средств и методов измерения объемных расходов газа СЬг и жидкой фазы <Зож для снарядного, пузырькового и переходного режимов газожидкостных потоков.

Наиболее перспективно применение бесконтактных расходомеров. Применительно к тепловым методам измерения тгзвестно использование квазикалориметрического метода для измерения газожидкостного потока Однако указанный метод обладает избирательностью только к жидкой фазе и поэтому его применение ограничено малым газосодержанием и достаточно низкой информативностью.

Повышение качества измерения указанных потоков делает возможным применение комплекса го существующих театовых методов:

1. калориметрического, информативным параметром которого является средняя разность температур потока до и после статического нагрева (ДТк);

2. теплового пограничного слоя с информативным параметром ДТПс;

3. меточного, который характеризуется, в основном, двумя информативными параметрами - временами переноса фронта (тф) и максимума (тм) тепловой метки потоком по основному или дополнительному контрольным участкам;

4. другими динамическими методами, измеряющими амплитуду полезного сигнала (ДТд) и время достижения заданного значения полезного сигнала (тд).

В таблице 1 дана оценка их применимости для измерения расходов газожцдкостных расходов и возможности комбинирования для реализации метода совокупных измерений.

Таблица 1 - Характеристики тепловых неконтактных методов измерения

Метод измерения Измеряемый расход Информативные параметры ГИП) Предполагаемая чувствительность метода к

•л Ьч <3 и » I < о; 1. Н< \ с ' расходу газа & а ; 1 |, 81 1« 3 ¡1 % Э 2 5 - а ■ «

Сш£шШЧ£СК!ж£ изЛкрспНЯ

- калориметрический Массовый С в! д Д д! д д: д 1 - +решено +

- пограничного слоя Объемный В с : д д д! д д ■ л 1 + м +

Динамические методы ишерения

- меточный Объемный д д В 1 в в С| с с + + . м

- амплитудный Объемный д д с) в в в) в]_в + +

- амггппудно-временной О&ьемный д д в | с с | в| в в + + +

Здесь «в» ~ возможна комбинация с ИП другого метода, «с» - ИП соответствует методу измерения, «д» - совмеи1ение метода с ИП допустимо только щш сиене режима нагрева потока (статический, дмшшчешш), «м» - малая чувствительность; «-» -чувствительность отсутствует,«+»- чувспшпшчъноапъ есть.

Предсгаатенная в таблице оценка является предварительной и основана на информационных способностях отдельных методов и результатах исследований друпк авторов. Как следует ¡в таблицы, решена ограниченная задана, суп» которой обсуждалась выше. Применешш других тепловых методов с испатьзоваш!ем метода совокупных измерений позволит существенно расширить объем информации об измеряемом потоке. Таким образом, набор используемых тепловых методов и принципов измерения определяет структурное построение расходомера, обеспечивающее получение необходимой информации о потоке. На основании указанных выше данных были сформулированы принципы структурного построен! и расходомера газожидкостного потока.

а)

б)

в)

0,,+С¡„

ПС

М

ДТрсЮ--; 0->у; С)

1

<8ИН -1

Измерительный блок

О

м

ГмОсг. Ост«, С)

1ч|(Оог,Оаи С) аМОог.С)

I

I

ПИП

1«!(Осг.Оож.С) ЧСУ йог ^) |__Измерительный блок

тм| . тм: - время переноса максимума метки ПО ОСНОВНОМ)' и дополнительному контрольным участкам соответственно

Измерительные каналы, реализующие ПС - метод теплового пограничного слоя. К -калориметрический метод измерения. М - меточный метод измерения. С - свойства жидкой фазы, а. б-С = сошв,г-С = уаг.

Рисунок 1 - Варианты возможных структур тепловых расходомеров газожидкостных потоков

Отметим, что практическая реализуемость структур на рисунке 1г зависит от коэффициентов влияния свойств жидкой фазы С на информативные параметры и

становится возможной только если влияние С на тМ2 много меньше влияния <301-. Аналогично и доя структуры на рисунке 1 в, реализация которой возможна только если коэффициенты влияния СЬг СЪж) ка информативные параметры разлетаются. Математическое описание структур а-г представлено в виде систем уравнений (1-4) соответственно.

№=Л(<?ог,<?ож)

Д7К=/2(0ож) С1)

V С — сотиГ

( гм = Шог^ож) Д7ПС=/2(0ог.0ОНСС) (3)

I ДГК = /з((?ож< С)

{ =Л(<2ог.<?ож) Д7пс=/зСгож,<?ог) ® V С = согсЛ

Г тФ=Л(0ог,Рож.С)

-/2((?ог-<?ож-С) (4)

1_ТМ2 = /з 02оГ' <?0Ж> С)

Во второй главе диссертации представлена экспериментальная установка, методика исследования. три варианта физических моделей ПИП и результаты экспериментов по подтверждению эффективности применения тепловых методов для измерения расхода газа в потоке и свойств жидкой фазы, реализованных в соответствии с указанными структурами. Рисунок 2 иллюстрирует влияние газовой фазы на температуру пограничного слоя при различных режимах течения смеси и подтверждает применимость метода теплового пограшчного слоя для измерения расхода газовой фазы потока.

Г, "С

т. "С

: -л-

'п

т -а-

1

г*

/ и -шь

Т,"С

Время, с Время, с Время, с

а - пузырьковый режим, низкое газосодержание, б - пузырьковый или. перехода,»! режим, большое газосодержание, в - снарядный режим, низкая частота снарядов. Штриховая линия показывает изначальную температуру до появления газовых включений Рисунок 2 - Реакция на газовые включения

Указанные эксперименты проводились на ГПШ №1. Как следует из экспериментов, прохождение газовых включений разрушает пристенный тепловой пограничный слой, что влечет за собой увеличение коэффициента теплоотдачи и уменьшение амплитуды полезного сигнала.

Основной объем экспериментов проводился на двух физических моделях ПИП №2 и ЛаЗ, позволяющих реализовать все основные тепловые методы и присущие им информативные параметры. Была выполнена их метрологическая оценка и определена чувствительность к расходам газа и жидкости, после чего было проведено сравнение ПИП по Рисунок 3 - Градировочные кривые ЭТ1Ш критериям.

для ПИП №2 На рисунке 3 представлен пример

графических зависимостей одного из исследованных информативных параметров - ЛТпс - в зависимости от объемного расхода газа Оог при различных объемных расходах жидкости Оож-

Отметим, что чувствительность указанного информативного параметра возрастает с увеличением расхода жидкости и в совокупности с другим информативным параметром, обладающим избирательностью к расходу жидкой фазы, он может служить основой для построения системы измерения определения расходов фаз смеси. Пример структуры такой системы показан на рисунке 1а.

Проведенный комплекс экспериментов на разработанной установке и водо-воздушных потоках в диапазоне расходов фаз Оог = 3,84-1 (У6 м^/с -1,07-10° м'/с, (^сж = 1,6010"7 - 7,14-10"6 м'/с при температуре потока Твх=23-25 "С, позволил получить на базе статистической обработки измерений обобщенные результаты о мегролических показателях - величинах среднеквадратического отклонения о, приведенной погрешности у (таблица 2) и чувствительности Ч информативных параметров (таблица 3) дня исследуемых двух версий ПИП. Полученные экспериментальные результаты позволили с метрологической точки зрения предложить сочетания информативных параметров, совокупность которых наиболее эффективно обеспечит решение

ПОСТАВЛЕННОЙ зздятд

Таблица 2 - Спавненне ппиведенных погрешностей 'У и СКО ст для различных!!!![[

1 с !к с ё ! „ о йй и £. £ ^у ^ и — £ . и" с_- Й '<■ : Й 1 ?-е £ . и п £ =и гэ < <1

При стабилизированном расходе жидкости

>2) - 6,61 ¡29/0,11 11/0,2 9/0.04 15/0.04 4/0.03 5/0,03

№31 - 6,18115Ю.1 8/0.14 3/0.03 9/0,05 2/0.02 5/0.03

При стабилизированном расходе газа

Хо 21 3.42 - ¡14Л.1 18Д.24 9/0.03 | 5/0.06 34/0.02 4/0.03

№31.3.75 - »7/0.12 8/0.15 12ДЗ.ОЗ 1 5/0,05 8/0.03 3/0.04

2,5 ,..........................—

а „ • ■ -"3,71 ° Расход жидкости ______а

7 п ,2 ОожЮ 'м'Ус .

'1.5 ' <.' ' «• . .........

I. I

1,0 .--- .....■■--------------- -]

' I

С.Ь - - -...........- ■'-■

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 Оог ■ Ю6, мэ/с

Таблица 3 - Сравнительная таблица чувствительности информативных параметров для

пяттттгаититу I IИ11 ------ *.....

с с % Ж ^ ь ¡5 " 6"- X и 1? ; |?Р ь !? р :

Чувстшггеяыюсгь Ш1 к расходу газа

№2 0.63-3.75 3.7 0.12 0.27 - | 0.18 0.20 ; 0.02 :

№3 0.52-3.4 3.7 0.11 0.69 0.02 0.25 035 . 0.02

Чувствительность ИП к расходу жидкости

№2 0.16 3.76-8,6 0.19 0,17 0,11 0.00 0,00 ; 0.04 :

№3 0.18 3.70-8,9 0.23 0,26 0.27 0.00 0,00 ; 0.08

Согласно приведенным данным, наименьшая погрешность измерений величин ДТ| ^ (±4%) и ДТк (±4%) при высокой чувствительности и избирательности к расходам фаз. Поэтому рекомендуется реатгоовыватъ в первую очередь структуру «а», показанную на рисунке 1. При увеличении расхода требуемая чувствительность ЛТК- достигается при значительной мощности, что ограничивает применение системы, построенной в соответствии с указанной структурой.

Применение структуры «б» (рисунок I), использующей меточный метод измерения, несколько расширяет диапазон расходов, но и одновременно увеличивает погрешность измерения газовой фазы, поскольку погрешность тм составляет ± 11%.

Для расширения границ применимости тепловых методов были проведены эксперименты по усовершенствованию характеристик ПИП путем отделения зон генерации тепла и измерения ДТпс от зоны измерения ДТК, ДТм, тм и 1ф теплоизолягором, а также применения материалов с большей теплопроводностью на участке активного нагрева. Применение указанных конструктивных изменений существенно повысило качество измерений: увеличило чувствительность (таблица 3) и снизило погрешности измерений информативных параметров (таблица 2) в 1,5-2 раза в исследуемом диапазоне расходов.

В указанной главе диссертационной работы предстаалены результаты экспериментальных исследований по установлению исгочюжов погрешностей, оценке

иЛгГлгШа КСРГпфсрМаТПВНЫл ыйршуыЛрСБ И ПОИСКу ОПТйшаЛЪНЫл НаС1рис1\ а.иири1М£1

функционирования расходомера, 1,»зучепО влияние ня погрешность измерении следующих факторов:

- газовой фазы, искажающей форму тепловой метки;

- примесей в составе жидкой фазы потока;

- влияния величины длительности теплового импульса и нестабильности энергетических параметров нагрева;

- угла наклона оси патрубка расходомера по отношению к вектору гравитации:

- времени на установление значений параметров при смене режима нагрева потока с динамического на статический;

ПеСТаОПЛЫЮСГЛ ТеМПерсГТурЫ СКруЖИЮЩСН СрСДЫ При СС БОЗЛСПСТВиН На ПИП н шмершелыю-вычислительньш блок;

- алияния нестабильности температуры входящего потока;

Экспериментально установлено, то газовая фаза может искажать форму метки, что затрудняет корректное определение времени переноса мака мула и ампшгтуды тепловой метен. Предложен способ устранения этого источника погрешности путем увеличения длинны контрольного участка.

Влияние состава жидкой фазы может быть учтено путем применения соответствующих структур ПИП (например, на рисунке 1в). При этом становится возможным определение концентрации примеси, растворенной в жидкой фазе.

Показана эффективность применения системы автоматической балансировки мостовых схем расходомера Показано, что ее применение расширяет допустимое изменение температуры входящего потока с 0.9 °С до 25 "С. Получена зависимость систематической погрешности информативных параметров от температуры аходятцего потока, что позволяет полностью исключить ее атияние при условии введения состав расходомера дополнительного измерительною канала дтя компенсации температуры входящего потока Принимая 25 °С за нормальные условия эксплуатации, дополнительные погрешности измерения ИП при изменении температуры потока на 1 °С составит: ДТк -0,8%/°С, ДТм - 0,1 %ЛЗ, АТпс -1,8%/°С, АТд -1 ЧсРС, тм - 0,4%/"С, т® - 0,5%/"С.

Исследовано влияние температуры окружающей среды на информапшные параметры через ПИП и измерительный блок расходомера (рисунок 4), что позволяет ввести компенсацию температуре окружающей среды.

—ЛТк, изллер. блок, аатобзлансироека —X— ДТк, измер. блок, БЕЗ автобалансировки

—Ж— ЙТпс, ПИП, автобалансировка ЛТпс, ПИП, БЕЗ автобалансировки

I ¿Тпс, измер. блок, автобалансировка — АТпс, измер. блок, БЕЗ автобалансировки

Рисунок 4 - Воздействие температуры окружающей среды на информативные параметры

Относительно длительности импульса тепловой метки отметим, что характерная для тепловых расходомеров тенденция к снижению погрешности с уменьшением длительности генерации тепловой метки для гаюжидкостньк потоков, в целом, сохраняется. Однако 11ри длительности импульса, сопоставимой со временем прохождения ПИП отдельным газовым включением, наблюдается рост погрешности (рисунок 5).

Погрешности, вызванные изменением угла наклона ПИП, практически равны нулю при (В 2 1° и экспоненциально возрастают, доспгая для некоторых информативных параметров 100% и более при 3 > 20°. Измерение значений ДТК- и ДТПс после достижения ими 80% от установившегося значения даег погрешности в их измерении (определяется среднее значение за 10 секунд) ±4% и ±3% соответственно, которые экспоненциально снижаются до ±2% и ±0,8% при измерении информативных параметров по достижении ими 95% установившегося значения.

В третьей главе дано описание двух математических моделей процесса теплообмена в ПИП - экспериментально-аналитической, для получения начальных приближений, и аналитической (решаемой численно методом конечных объемов), назначение которой заключается в более точном и гибком моделировании теплообмена ПИП. При построении обет к моделей были сделаны следующие допущения:

- газовую фазу следует считать сужающим сечение фактором;

- из-за высокой длительности процессов нагрева и охлаждения, допустимо считать, что газ движется в центре канала неразрывным стержнем, а не отдельными порциями, и тем самым не вызывает существенных пульсаций температур;

- градиент температур в сечении у места установки термопреобразователя калориметрического измерительного канала равен нулю;

- теплопередачей между жидкой и газовой фазами можно пренебречь;

- разрушение пристенного теплового слоя, препятствующего распространению тепла в цетггр потоки ст стенки, выразим как увеличение теплопроводности потока.

Указанные допущения позволяют построить модели, приводимые к адекватному виду при помощи экспериментальных данных, поскольку так называемая эффективная

I тф V тм ■ЛТм

.... л -------

Длительность импульса метки, с

0 5 10

Рисунок 5 - Относительная погрешность измерения

информативных параметров в зависимости от длительности генерации метки

теплопроводность газожидкостного потока, используемая в указанных моделях, зависит от расхода газа:

= (5)

где С^ог - объемный расход та. - теплопроводность жидкой фазы без газа, а и Ь -коэффшиенты, определяемые экспериментально. В нашем случае они составили а = 3600, Ь= 0.51 доя аналитической модели и а = 7100, Ь= 0.5 для экспертшептально-аналитической модели.

Были получены следующие решения статической эксперимснталыю-

аналитической модели с учетом вышесказанного:

/

д тлс =

2Рс1» + Н2)

ехр

И1 ЯСТЯ2

— ехр

+ -

И)

кЛ(7п-Тс)

(6)

а = 0.021

Г4Рж (<?ог + <?ож)

\ " ( СРж^ж \

У 1лж • аои

аН2 + кяН1 х + 0.5/н

(7)

где Хст - коэффициент теплопроводности стенки, х - координата установки

измерительного преобразователя. Н,

_ <11-1!

, Иг = Рс =

- площадь

4Й 2 4Й2 ' 4

поперечного сечения стенки трубы ПИП. - мощность нагрева, а - среднее значение коэффициента конвективного теплообмена между стенкой трубы и потоком вещества, кв - коэффициент теплопередачи между стенкой и окружающей средой. V - скорость потока жидкости, рж, Срж. Цж. ^ж - соответственно плотность, коэффициенты теплоемкости, динамической вязкости и теплопроводности жидкости, расход которой измеряется. Яст- коэффициент теплопроводности материапа стенки патрубка.

Время переноса максимума тепловой метки т будет состоять га следующих сосгаатяюшцх:

тм = тн + 2тсг + т„ + тгЛ (8)

_ _ гнРнСРн _ _ СДг—)РстСРсг _ _ ти , гн _ Тн - —— ,тст - - .Гпф - - + —,

где Ср - коэффиштент теплоемкости, р - плотность, 8 - толщина. В индексах: н -нагреватель, ст - стенка, гп - время переноса тепловой мелей жидкостью, тш> - время переноса переднего фронта метки в зону регистрации. Ти - время импульса тепловой метки. Ь - контрольный участок от нагревателя до термопреобразователя. V - скорость потока. 1н - длинна нагревателя, а - коэффициент теплоотдачи от стенки к потоку.

4(<?ож + <?ог) П<1\

оп»ч!п щлтагк т»/мтг\ттт чл;ат тлппллК»! ьънк" |<|«/дъ«1и .............

(9)

(10)

патрубка в двухмерной постановке задачи примет вид: ат _ /д2Т 1 дт

где асг - коэффициент температуропроводности стенки, Т - температура стенки патрубка в точке (х,г). Для жидкости уравнение теплопроводности будет учитывать скорость ее движения V:

5в увв _ /а2© а20 1 зв

дт дт аж уЭх2 дг2 г дг где аж - температуропроводность жидкости 0 - температура потока в точке (х.г).

Для ламинарных потоков справедлив параболический профиль распределения скоростей по сечению, однако на первых этапах отладки программы математической модели для вычисления скорости целесообразно считать профиль равномерным

Рисунок 6 - Схема для построения математической модели

1н - длинна нагревателя, 1ц - длннна ПИП, г? - эквнвалетгтный диаметр газового стержня

х

_Хз Б

1п

бф

Математическая модель будет включать следующие граничные условия (рисунок 6):

АВ РЕ, Л

АР

ВС СО

ш

ВЕ

Т = Тв1,=о дТ _

-¿СТдЗ- 0 !х=лг1,дг=(п г=г2;г=г!

дТ _ -¿а-^-Ч*

V/

п1пй2 дТ _

-Лгт "" — 0

ох

хе [хн;*н + У

х £ ¡х„:х„ 4- (и! I

Г=Г2

~ЯэФ = 30

■ЧфзГ

Т = 0 дТ

0 = <Эв1х=О дв

- - о игэ

— 3-

дв

дг

■ЭФ

(И) (12)

(13)

(14)

(15)

Л ¿л

(17)

дг)г.

г=п

ет

0 = т 1 зт _ аэ|

_Аст э7 ~ ~Лэф а7)г=г,

08)

: О

РЕ, ЕС, дТ _ дТ

НС,™ _Лстэ1 = 0~ДстзГ

где Лет. Я» - коэффициенты теплопроводности стенки и эффективная тептпроводпоат, потока соответственно.

Начальные условия: т=0, Т = 0 = Тв (температура входящего потока).

Аналитическая и эксперимяггалыю-аналитическая модели были решены и сопоставлены с экспериментальными данными (рисунок 7). Численная модель решалась методом конечных объемов при помощи программы Р1о\\'огкк.

ДТпс, зкел.-аналит. модель I 5 ю

Оог-Ю", м2/с

5,0 7,0 9,0 Оож'Ю6, м1/с

Рисунок 7 - Результаты математического моделирования при Оог = 0,64-10 и Оож: 8,6-10"6 мэ/сдляГПШ№3.

В четвертой главе приведен алгоритм функционирования расходомера, позволяющий обеспечить работу всех предложенных структур. В том числе дано математаческое описание процедуры получения уравнений для определения расходов фаз смеси и свойств жидкой фазы по измеренным значениям информативных параметров на основе градировочных зависимостей. То есть, получены функции Гз в системах вида.

(<2ог=Л(*м.Д7'пс,С)

]<?ож = /2(тм.Д7П0С) (19)

( С = /3 (тщ, ДТпс/ С)

Пример графического представления процесса определения расходов путем решения системы (2) для структуры «б» на рисунке 1 показан на рисунке 8. Точки пересечения измеренных значений времени переноса максимума метки тм и разности температур ДТ^ в единицах АЦП с градировочными кривыми представляют собой корни уравнений системы при различных расходах жидкости. Чтобы однозначно определить набор из двух корней Qor и Qckk, необходимо принять во внимание, что при решении каждого из уравнений системы в отдельности корни должны быть одинаковыми. Таким

Проведена оценка и систематизация погрешностей определения расходов фаз и концентраций для указанных выше структур расходомера. Наиболее удобной систематтоацией погрешностей с целью их анализа и устранения признано разделение на основные и дополнительные (рисунок 9).

Основные погрешности возникают в нормальных условиях эксплуатации при температуре окружающей среды Токр = 20-25 °С, входящего потока ТВх = 23-25 °С, угле установки ПИП ß = 1°, давлении в трубопроводе P=L атм, и носят, в основном, случайный характер. Расширенные условия эксплуатации влекут за собой дополнительные погрешности, носящие систематический характер и могут быть компенсированы путем введения дополнительных измерительных каналов для учета их влияния.

Например, для расходомера с применением ПИП №3, реализующего структуру на рисунке 1а, экспериментально была получена приведенная основная случайная погрешность определения расходов жидкости ±1,7% и газа ±4,4%. Также рассмотрена погрешность определения расходов в расширенных условиях (Токр = 19-35 "С, Твх = i 3-25 °С, ß = 3°), и в этом случае она возрастает до ±22,7% по расходу газа и ± 1 i j5% по

:<м

0 15 Qor 30

Расход газа Qor, л/ч

Рисунок 8 - Градуировочные кривые и определение расходов по ним

образом, набор корней всегда будет один.

Нормальные

условия эксплуатации

I

Погрешности

т

Основные,

т

Расширенные

уровня зксилуатаиил

Дополнителы/ь^,; ^

Температура

скоукающе* среды

^Методиткий]_

[ Алогритмические [ Температура входящего УТТ

I . — ---------—) | потока I ^

Л Аппроксимации [.градировочных данных 0,7%

©

Т>_

Л Инструмента льные)-

[ Нестабильность М<1% рЁТ] Автойагансмровки Т^ М Геометрических размеров

Отсчета времени 2% рда]

Угол наклона свьше 1° К*/}*"' Давление 8 потоке рк*]*-

->| Погрешность АЦП

Погрешность усилителя

0,05% .2*1

Погрешность установки (угол наклона

гановкйг^Т)

£1°) JL.1I

Хавяктяп погрешности [ /М - систематическая погрешность

Е"?а-случайная потэешность

Рисунок 9 - Систематизации! погрешностей

Систематическая погрешность составляет ±3,5% и ±1,5% для <Зог и 12ож соответственно, и может быть существенно снижена совершенствованием аппарата аппроксимации

градировочных данных.

Учитывая относительно высокие погрешности, на основе систематизации

источников погрешностей и экспериментальных данных были предложены способы снижения погрешностей. Среди них:

1. применение аппроксимации градировочных данных кусочными функциями,

2. температурная стабилизация ПИП и измерительного блока,

3. применение АЦП большей разрядности,

4. применение температурных компенсаторов на трубе для обеспечения стабильности положения ПИП в пространстве или гибких соединений,

5. введение каналов коррекцш для учета условий измерений - Токр, ТВх, (3, V/, Р и т. д. Указанные меры способны снизить также и основную погрешность. Методика параметрического синтеза расходомера, изложенная в четвертой главе,

основана на экспериментальных и теоретических результатах исследования и учитывает указанные метрологические аспекты. Она также включает в себя оценку необходимости использования разделения зон генерации тепла и измерения температуры, что сказывается на чувствительности и надежности прибора.

Глава содержит описание принципиальной электрической схемы прибора. В заключении представлены основные результаты, полученные в диссертационной работе, сформулированы обобщающие выводы.

выводы

1. Проведенный анализ известных методов и систем измерения газожидкостных потоков показал перспективность применения бесконтактных методов измерения, в частности тепловых, построенных на базе многоканальных первичных измерительных преобразователей.

2. Предложено структурное построение бесконтактных расходомеров газожидкостных потоков, основанное на способе совокупных измерений, обеспечивающих определение расходов отдельных фаз смеси и определение свойств жидкой фазы.

3. Разработана установка напорного типа для исследования водо-воздушных смесей с расходами жидкости 3,8-10,7-Ю"6 м3/с, газа 1,6-7Д-10"6 м^с. В результате проведенного экспериментального исследования установлено, что для реализации разработанных структур наиболее предпочтительными по метрологическим показателям являются следующие информативные параметры: время переноса максимума тепловой метки, разность температур, измеряемая методом теплового пограничного слоя и разность температур, измеряемая калориметрическим способом (относительная погрешность в пределах от ±1% до ±8%).

4. Количественно оценено влияние определяющих неинформативных параметров и в результате сформулированы рекомендации, обеспечивающие минимизацию дополнительных погрешностей:

- конструктивные: удаление зоны регистрации тепловой метки от источника нагрева составляет 6-10с1 для диаметров 5-15 мм. Наклон оси патрубка первичного измерительного преобразователя по отношению к вертикали не более 1°;

- энергетические: длительность генерации тепловой метки 2-6 секунд;

- для расширения условий эксплуатации: ввести коррекцию по температурам входящего потока и окружающей среды для устранения влияния их нестабдльностей.

5. Разработаны аналитические математические модели процессов конвективно-кондуктавкого теплопереноса в первичных измерительных преобразователях (ПИП) расходомеров газежздкеепплх потеков, специфика теплообмена в которых учитывается введением эффективной теплопроводности при математической

формулировке моделей. Сопоставление результатов расчетов с экспериментом показало, что относительная погрешность моделей не превышает 19%, что является

приемлемым результатом для практического применения и позволяет использовать модели при синтезе расходомера

6. Предложено математическое описание способа вычисления расходов отдельных фаз потока при совокупных измерениях величин информативных параметров, что позволяет на практике обеспечить выполнение указанных вычислений в микроконтроллере расходомера для последующей передачи результатов измерений в автоматизированную систему управления.

7. Предложена методика синтеза расходомера позволяющая на базе экспериментальных и теоретических исследований с учетом минимизации погрешности измерений определил, его структуру и, рассчитать конструктивные и энергетические параметры прибора Показано конструктивное решение, способствующее расширению диапазона измерений расходомера за счет увеличения чувствительности к расходам в среднем в 2 раза

8. Представлена систематизация погрешностей, на основе которой количественно оценены предельные величины погрешности прибора при эксплуатации в нормальных условиях (±7.9% для расхода газа и ±3.2% для расхода жидкости), экспериментально подтверждена справедливость указанной метрологической оценки. Создан обобщенный алгоритм функционирования для предложенных структур расходомера

9. Практическое применетше расходомера реализовано на предприятии по переработке пластмасс ОАО «Аэлита» при модернизации системы охлаждения оборотной воды.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ТРУДОВ

1. Многофункциональная система измерения параметров потоков веществ / Соколов ГА., Ту 1 ушив К.Р., Буднин Д.Д. // Коммерческий учет энергоносителей: материалы международной научно-практической конференции №24 / иод ред. В. И. Лачкова. -СПб: Политехника, 2006, с. 367-379

2. Анализ источников погрешности многофункциональной измерительной системы / Соколов ГА., Новичков ЮА., Тугушев К.Р., Булкин Д. Д. // Коммерческий учет энергоносителей. Материалы международной научно-практической конференции №25 / под ред. В. И. Лачкова. - СПб: Политехника 2007, с. 447-453

3. Математическое моделирование теплового расходомера газожидкостных потоков / Булкин Д. Д., Нешин К. Г., Соколов Г. А. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20: сб. трудов XX междутар, научн. конф.,Т. 7 / под общ. ред. В. С. Балакирева. - Ярославль: Изд-во Яросл. гос. техн. ун-та, 2007. с. 59.

4. Структура и алгоритм работы теплового расходомера газожидкостных потоков / Булкин Д. Д., Нешин К. Г. // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-21: сб. трудов XXI междунар. научн. конф.,Т. 7 / под общ. ред. В. С. Балакирева. - Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2008. с. 93.

5. Измерение расхода в незаполненных трубопроводах методом раздельного измерения зависимых величин / Нешин К. Г., Булкин Д. Д. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21: сб. трудов XXI междунар, научн. конф.,Т. 7 / под общ. ред. В. С. Балакирева. - Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2008. с. 84

6. Бесконтактный тепловой расходомер для измерения газожидкостных потоков / Булкин Д. Д., Соколов Г. А. // Датчики и системы, № 12,2008, с. 5-8.

7. Метод математической оценки информативных параметров тепловых расходомеров / Булкин Д. Д. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-22: сб. трудов ХХП междунар. научн. конф.,Т. 8 / под общ. ред. В. С. Балакирева. - Псков: Изд-во Псков, гос. политехи, ин-та, 2009. с. 14.

8. Применение программы БЬХУогкв в численном моделировании газожидкостного расходомера / Булкин Д. Д. // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-22: сб. трудов ХХП междунар. научн. конф., Т. 8 / под общ. ред. В. С. Балакирева. - Псков: Изд-во Псков, гос. политехи, ин-та, 2009. с. 15

22.09.09 г. Зак. 212-75 РТП ИК «Синтез» Московский пр., 26

Введение.

Глава 1 Методы измерения расходов газожидкостных потоков.

1.1 Области и специфика измерения газожидкостных потоков.

1.2 Аналитический обзор методов и средств измерения расходов газожидкостных потоков.

1.3 Состояние и развитие тепловых методов для измерения расходов газожидкостных потоков.

1.4 Принципы структурного построения расходомера газожидкостных потоков.

1.5 Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2 Экспериментальные исследования тепловых методов измерения газожидкостных потоков.

2.1 Обоснование применения тепловых методов для измерения расхода газа в смеси.

2.2 Установка и методика исследования физической модели расходомера

2.3 Исследование зависимостей информативных параметров от расходов фаз и обсуждение результатов.

2.4 Влияние неинформативных параметров и факторов погрешность измерений.

2.4.1 Воздействие газовой фазы на тепловую метку.

2.4.2 Влияние свойств жидкой фазы.

2.5 Конструктивные методы повышения качества измерения расходов газожидкостных потоков тепловыми расходомерами.

2.6 Исследование зависимостей информативных параметров модели

ПИП с разделенными зонами функционирования расходомера.

2.7 Исследование неинформативных величин* и факторов, поиск оптимальных рабочих режимов.

2.7.1 Влияние параметров нагрева на погрешность измерений.

2.7.2 Воздействие температур входящего потока и окружающей среды

2.7.3 Влияние состава жидкой фазы на информативные параметры.

2.7.4 Влияние угла наклона оси расходомера к вектору гравитации

2.7.5 Объем выборки значений теплового тренда.

2.7.6 Критерии определения фронта и максимума тепловой метки.

2.7.7 Влияние уровня балансировки мостовой схемы.

2.8 Обоснование выбора структуры расходомера на основании экспериментальных данных.

2.9 Выводы.

Глава 3 Математическое моделирование тепловых расходомеров для • газожидкостных потоков.

3.1 Математические модели для однофазного потока.

3.2 Модели для газожидкостных потоков.

3.2.1 Статическая экспериментально-аналитическая модель.

3.2.2 Аналитическая модель.

3.3 Результаты моделирования.

3.4 Выводы.

Глава 4 Разработка тепловых систем измерения для газожидкостных потоков.

4.1 Алгоритм функционирования расходомера.

4.2 Методика параметрического синтеза и аппаратурное оформление расходомера.

4.3 Оценка погрешности разработанных средств измерения.

Выводы.

Одним из направлений повышения эффективности функционирования автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) является совершенствование известных и разработка новых методов и средств получения первичной информации о технологических параметрах, характеризующих состояние процессов. Информация о расходах или количествах транспортируемых веществ необходима при автоматизации практически любых технологических процессов. Развитие многочисленных существующих методов и средств измерения расхода веществ, обусловлено постоянно расширяющейся номенклатурой измеряемых потоков, повышением требований к их техническим характеристикам (по метрологическим показателям) и расширением областей применения. Однако требует решения ряд специфических задач измерения расходов как по диапазонам расходов (малые и микрорасходы), так и по их свойствам (например, газожидкостные потоки). В настоящее время наиболее перспективными являются бесконтактные методы измерения расходов [1].

Газожидкостные потоки встречаются в таких отраслях промышленности и технологических процессах, как добыча и переработка нефти, химическая, переработка и производство полимеров [69], микроэлектроника, водоочистка, авиастроение, биотехнологии, фармацевтика, медицина, нанесение покрытий [2], пищевое производство.

Известные тепловые расходомеры (калориметрические, теплового пограничного слоя, меточные), обладая рядом существенных преимуществ (бесконтактность, высокая чувствительность) не способны работать с газожидкостными потоками.

Данная работа посвящена созданию на основе комплекса бесконтактных тепловых методов, обладающих широкой информативностью и эксплуатационной надежностью, расходомеров газожидкостных потоков. Поставленная цель связана с решением следующих задач:

1. Предложить принципы структурного построения первичных измерительных преобразователей (ПИП) расходомеров;

2. Обосновать информативные параметры (ИП), характеризующие расходы отдельных фаз в потоке;

3. Разработать математическую модель процесса теплопереноса в ПИП;

4. В результате экспериментальных исследований проанализировать и количественно оценить влияние неинформативных величин и факторов на метрологические характеристики исследуемых средств измерения;

5. Создать методику параметрического синтеза первичных измерительных преобразователей на основе полученных экспериментальных и теоретических положений;

6. Разработать алгоритмы функционирования расходомера, создать опытный образец расходомера и количественно оценить его метрологические характеристики, систематизировать источники погрешности;

В диссертационной работе проведен анализ существующих методов и средств измерения газожидкостных потоков. В1 результате определены* основные направления их развития: , совершенствование методов, схем, конструкций и технологий изготовления основных видов применяемых расходомеров. При этом приоритетное применение получают бесконтактные расходомеры, первичные измерительные преобразователи которых обладают высокой эксплуатационной надежностью. Анализ известных тепловых расходомеров показал, что их основным недостатком является отсутствие возможности измерять газожидкостные потоки, в том числе и их малые расходы. Опираясь на эти данные, были сформулированы задачи исследования, а также предложены структуры возможных первичных измерительных преобразователей (гл. 1).

Во второй главе диссертации представлена экспериментальная установка, методика исследования, три версии физических моделей ПИП и результаты экспериментов с ПИП №1 по подтверждению эффективности применения тепловых методов для измерения расхода газа в потоке и свойств жидкой фазы. В качестве эталонного применялись плёночный расходомер (погрешность 0,1%) для измерения расхода газа и мерная емкость для измерения расхода жидкости (погрешность 0,6%).

Основной объем экспериментов проводился на двух физических моделях ПИП ,№2 и №3, позволяющих реализовать основные тепловые методы и присущие им информативные параметры. Была выполнена их метрологическая оценка и определена чувствительность к расходам газа, и жидкости, после чего было проведено сравнение ПИП по этим критериям применительно к поставленной задаче.

В указанной главе диссертационной работы представлены результаты экспериментальных исследований по установлению источников погрешностей, оценке влияния неинформативных параметров и поиску оптимальных настроек алгоритма функционирования расходомера. Изучено влияние на погрешность измерений следующих факторов: газовой фазы, примесей в, составе жидкой фазы потока, влияние величины длительности теплового импульса и нестабильности энергетических параметров нагрева, угла наклона оси патрубка расходомера по отношению к вектору гравитации, недохода величин информативных параметров при смене режима нагрева потока с динамического на статический, влияния нестабильности температуры окружающей среды при ее воздействии на ПИП и измерительно-вычислительный блок, и влияние нестабильности температуры входящего потока.

Результаты экспериментального исследования послужили материалом для проверки корректности двух математических моделей теплопере-носа в первичных измерительных преобразователях (гл. 3) - аналитической и статической экспериментально-аналитической.

В заключительной четвертой главе приводится методика параметрического синтеза расходомера, алгоритм функционирования и оценка погрешности разработанных средств измерения, их аппаратурное оформление и результаты практического применения.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Впервые предложенные принципы построения многопараметрических бесконтактных тепловых расходомеров для измерения газожидкостных потоков;

2. Методика экспериментальных исследований разработанных физических моделей расходомеров и количественная оценка их метрологических показателей;

3. Результаты экспериментальных исследований и оптимизации конструктивных и энергетических параметров первичных преобразователей;

4. Математические модели тепловых процессов в первичном измерительном преобразователе расходомера для целей параметрического синтеза, проектирования и вычисления расходов фаз в газожидкостном потоке;

5. Систематизация источников, оценка погрешности и способы улучшения метрологических характеристик расходомера;

6. Обобщенный алгоритм функционирования расходомера.

Основные положения и результаты работы докладывались на Международных научно-технических конференциях «Коммерческий учет энергоносителей» (Санкт-Петербург, 2006 г.), ММТТ-20 (Ярославль, 2007г.), ММТТ-21 (Саратов, 2008 г.), ММТТ-22 (Псков, 2009 г.), по результатам которых опубликовано 8 тезисов.

По теме диссертации опубликована статья «Бесконтактный тепловой расходомер для измерения газожидкостных потоков» в журнале «Датчики и системы», рекомендованном ВАК (№ 12 от 2008г).

Внедрение результатов работы проводилось на предприятии по пе реработке пластмасс «Аэлита» в ходе работ по модернизации системы ох лаждения оборотной воды.

Выводы

1. Проведенный анализ известных методов и систем измерения газожидкостных потоков показал перспективность применения бесконтактных методов измерения, в частности тепловых, построенных на базе многоканальных первичных измерительных преобразователей.

2. Предложено структурное построение бесконтактных расходомеров газожидкостных потоков, основанное на способе совокупных измерений, обеспечивающих определение расходов отдельных фаз смеси и определение свойств жидкой фазы.

3. Разработана установка напорного типа для исследования водо-воздушных смесей с расходами жидкости 3,8-10,7-10"6 м3/с, газа 1,6-7,1-10"6 м3/с. В результате проведенного экспериментального исследования установлено, что для реализации разработанных структур наиболее предпочтительными по метрологическим показателям являются следующие информативные параметры: время переноса максимума тепловой метки, разность температур, измеряемая методом теплового пограничного слоя и разность температур, измеряемая калориметрическим способом (относительная погрешность в пределах от ±1% до ±8%).

4. Количественно оценено влияние определяющих неинформативных параметров и в результате сформулированы рекомендации, обеспечивающие минимизацию дополнительных погрешностей:

- конструктивные: удаление зоны регистрации тепловой метки от источника нагрева составляет 6-10(1 для диаметров 5-15 мм. Наклон оси патрубка первичного измерительного преобразователя по отношению к вертикали не более 1°;

- энергетические: длительность генерации тепловой метки 2-6 секунд;

- для расширения условий эксплуатации: ввести коррекцию по температурам входящего потока и окружающей среды для устранения влияния их нестабильностей.

5. Разработаны аналитические математические модели процессов конвек-тивно-кондуктивного теплопереноса в первичных измерительных преобразователях (ПИП) расходомеров газожидкостных потоков, специфика теплообмена в которых учитывается введением эффективной теплопроводности при математической формулировке моделей. Сопоставление результатов расчетов с экспериментом показало, что относительная погрешность моделей не превышает 19%, что является приемлемым результатом для практического применения и позволяет использовать модели при синтезе расходомера.

6. Предложено математическое описание способа вычисления расходов отдельных фаз потока при совокупных измерениях величин информативных параметров, что позволяет на практике обеспечить выполнение указанных вычислений в микроконтроллере расходомера для последующей передачи результатов измерений в автоматизированную систему управления.

7. Предложена методика синтеза расходомера, позволяющая на базе экспериментальных и теоретических исследований с учетом минимизации погрешности измерений определить его структуру и, рассчитать конструктивные и энергетические параметры прибора. Показано конструктивное решение, способствующее расширению диапазона измерений расходомера за счет увеличения чувствительности к расходам в среднем в 2 раза.

8. Представлена систематизация погрешностей, на основе которой количественно оценены предельные величины погрешности прибора при эксплуатации в нормальных условиях (±7.9% для расхода газа и ±3.2% для расхода жидкости), экспериментально подтверждена справедливость указанной метрологической оценки. Создан обобщенный алгоритм функционирования для предложенных структур расходомера.

9. Практическое применение расходомера реализовано на предприятии по переработке пластмасс ОАО «Аэлита» при модернизации системы охлаждения оборотной воды.

1. Кремлёвский, П.П. Расходомеры и счётчики количества веществ: Справочник: Кн. 2/ П.П. Кремлёвский; под общ. ред. Е.А. Шорникова. - 5-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2004. - 412 с.

2. The penetration of a long bubble through a viscoelestic fluid in a tube / Hu-zyak P.C., Koelling K.W.// Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 1997. -№71 - p. 73-88.

3. Johan J. Heiszwolf. Gas-liquid mass transfer of aqueous Taylor flow in monoliths / Johan J. Heiszwolf, Michiel T. Kreutzer, Menno G. van den Eijnden, Freek Kapteijn, Jacob A. Moulijn. // Catalysis Today. 2001. -№69- p.51 - 55.

4. Соколов В. H. Газожидкостные реакторы / В. Н.Соколов, И. В. Доман-ский JL: Машиностроение, 1976. - 216 с.

5. Monolith structures, materials, properties and uses. / Jimmie L. Williams // Catalysis Today. 2001. - №69 - p. 3-9

6. Fukano T. Fundamental data on gas-liquid two-phase flow / Fukano Т., A. Kariyasaki, H. Ide // 3rd International Conference on Microchannels and Minichannels, June 13-15, Ontario, Canada, Toronto. 2005 - p. 301

7. Kreutzer, M. T. Mass transfer characteristics of three-phase monolith reactors / Michiel T. Kreutzer, Peng Du, Johan J. Heiszwolf, Freek Kapteijn, Jacob A. Moulijn // Chemical Engineering Science. T. 56 - 2001- p. 6015-6023

8. J.M. van Baten. CFD simulations of mass transfer from Taylor bubbles rising in circular capillaries / J.M. van Baten, R. Krishna // Chemical Engineering Science. №59 - 2004. - p. 2535 - 2545

9. Кремлевский П. П. Измерение расхода многофазных потоков / П. П. Кремлевский. JL: Машиностроение, 1982. - 214с.

10. Силовые расходомеры для измерения массового расхода газожидкостного потока / Кирпатовский С. И. // Измерение расхода жидкости, газа, пара: кн. / Кирпатовский С. И., Кулицкий И. М., Павленко В. Е. - М., 1973. 127-131.

11. Измерение расхода жидкости и газа в потоке газожидкостной смеси / В. Ф.

12. Медведев, А. Г. Удодов // Приборы и системы правления 1972. - №10 - с. 18-20136

13. Mass flow instrumentation performance during LOFT non-nuclear test series / L. D. Loodrich, G. D. Lassahn // USA Transducers vl8 - №4 - 1979. - p.43-55

14. Погрешности электромагнитного расходомера при работе в пульпах / Шубин. Ю. Н. // Труды ВНИИгидроуголь. 1986. - № 13 - с. 137-146

15. Density gauges, magnetic meters combine flow measurement / Smith. P. -Canadian Control Institute. 1969. - vol 8. - №7 - p. 35

16. Flow meter accurate measurements aided by ultrasonic and radioactivity / Garrison A. // Design Engineering. 1969. - №4 (april) - p. 123

17. Кирпатовский С.И. Силовые расходомеры для измерения массового расхода газожидкосного потока / С.И. Кирпатовский, И.Н. Кулицкий, В.Е. Павленко // Измерения расхода жидкости, газа и пара. -М.,1973. -с.127-131.

18. Массовые расходомеры сыпучих и пульповидных материалов и оборудование для их поверки / Кос Ю. Ю. // Труды метрологических институтов. -1970. в. 122 (182) - с. 28-34

19. Measurement in flowing gas-solid, suspensions / Parcinson M. J., Boothroyd R. G. // British Chemical Engineering. 1969. - v.14 - №12 - p. 1705-1708

20. Beck M. S. A new method of measuring the mass flow of powder in a pneumatic conveyor using an on-line computer / Beck M. S., Drane J. S., Plaskowski A. A. // One-Line computers. 1968. - p. 133-147

21. A.c. 625136 СССР, МКИ3 В 25J 15 / 00. Способ измерения количества вещества в многофазных потоках / A. JT. Сейфер, С. С. Семенюта (СССР) №336085/25-08; заявл. 23.11.77; опубл. 19.06.78, бюл. №35. 6 с.

22. Пат. США №4144754 (G01F 1/20) Multiphase fluid flow meter / Pitts J., Robert W. Заявл 18.03.77 опубл. 20.03.79

23. К измерению расхода газожидкостных смесей / Дорошенко В. А. // Нефть и газ. 1975. - №3. - с. 50-60.

24. Кремлевский П. П. Измерение расхода двухфазных сред стандартными диафрагмами / Кремлевский П. П., Дюдина И. А. // кн.: Расчет и конструирование расходомеров / Кремлевский П. П. JL: Машиностроение. -1978. - с. 199-202

25. Измерение расхода двухфазного потока: труды американского сообщества инженеров-механиков. Серия Е. / Мэрдок С. В. // Техническая механика. №4. - 1962. - с. 8

26. Row on incompressible two phase mixtures trough sharp-ended orifices / Chisholm D. // Technical Engineering Science. 1967. - v. 9. - №1. - p. 72-78

27. Измерение расхода газожидкостных смесей / Гужов А. И., Медведев В. Ф. // Точное измерение расходов и количеств веществ: сб. ст. / Труды метрологических институтов. Казань, 1970. — Вып. 122. - с.65-69

28. Измерение расхода двухфазного потока трубой Вентури / Шатиль А. А. // Измерительная техника. 1961. - №9. - с. 46-48

29. Пат. 54-15223 Япония, 108Д23 (С01Г1/86). Измерение расхода двухфазных потоков / Сато Хироницу, Михара Тадаси, Итихара Тацуя, Такэути Кадзухико; заявл. 11.03.78, опуб. 13.06.79.

30. Методы и средства измерения расхода двухфазных (газ-жидкость) потоков / Хомяков Г. Д. // Труды метрологических институтов СССР, КФ ВНИИФТРИ. 1973. - вып. 149. - с. 16-18.

31. Пат. США №5029482 (G01F1/74) Gas/liquid flow measurement using cori-olis-based flow meters / Liu K., Nguyen, Т. V. Заявл. 28.09.89. Опубл. 07.09.91

32. BMP газожидкостных потоков / Джукова JI. М. и др. // Приборы и системы управления. -1972. № 11. - с. 22-24.

33. Вибрационный массовый расходомер / Шишкин О. П. и др. // Машины и нефтяное оборудование 1972. - № 11.-е. 20-24.

34. А. с. 571119 СССР, МКИ4 С 21J 15 / 00. Способ измерения массового расхода жидкости / О. П. Шишкин, И. Я. Ривкин (СССР). № 3060862/2007; заявл. 11.07.76 ; опубл. 22.06.78, Бюл. №29. - Зс.

35. Пат. США №4096745 (G01F1/74) Method and apparatus for measuring mass flow rate of individual components of two-phase gas-liquid medium / Riv-kin I. Y., Aisin S. M. Karpov V. E. Заявл. 13.02.76, опубл. 27.06.78

36. Пат. 2392365 Франция. Способ и устройство для измерения массового расхода различных составляющих двухфазной среды газ-жидкость; опуб. 1979, Бголл. №4. 4 с.

37. Пат. Великобритании №1528232 (G01F1/74, G01F1/78) Method of and apparatus for measuring the mass flow rate of individual components of a gasliquid medium Заявл. 26.01.76 опубликовано 11.10.78

38. Goldberg A.S. Measurement in flowing gas-solid suspensions // Goldberg A.S., Boothroyd R.G. // British Chemical Engendering. 1969. - v. 14. - №12. -p. 1705-1708

39. Пат. США №5701172 (G01P5/26) Optical flowmeter / Azzazy, Medhat T. Заявл. 07.06.95 Опубл. 23.12.97

40. Oddie G. Flow-rate measurement in two-phase flow / G. Oddie, J.R. Anthony Pearson // Fluid Mechanics. 2004. - v. 36. - p. 149-172

41. Vassalo P.F. Measurment of velocities in gas-liquid two-phase flow using laser Doppler velocimetry / P.F. Vassalo, T. A. Trabold, W. E. Moore, G. J. Ki-rouac // Experiments in fluids. 1993. - №15. - p. 227-230

42. Пат. США №7233001 (G01J 5/02) Multi-channel infrared optical phase fraction meter / Lievois J., Atkinson D. Заявл. 24.02.05; Опубл. 19.06.07

43. Olszowski S. J. Measurment of dispersed two-phase gas-liquid flow by cross correlation of modulated ultrasonic signals / Olszowski S. J., Coulthard J., Sayles R. S. // Institute of multiphase flow. 1976. - v. 2. - № 5-6. - p. 537-548

44. Solid-concentration measurement and flow measurement of slurries and sledges using ultrasonic sensors with random data analysis / Balachandran W., Beck M. S. // Transnational Institute Measurements And Control. 1980. - v. 2. - №4. - p. 181-197, 199-206

45. The industrial correlation flowmeter and its design constrains / Battye J. S. // FLOMECO. 1985. - p. 187-194

46. Olszovski S. T. Measurement of dispersed two-phase gas-liquid flow by cross correlation of modulated ultrasonic signals / Olszovski S. T., Coulthard J., S ay les R. S. // Inst. Journal Multiphase Row.-1976.-v. 2. №5-6. - p. 537-548.

47. A. c. 901830 СССР, МКИ3 A 25J 11 / 01. Расходомер газонасыщенной нефти / В. А. Кратиров, А. Н. Казаков, А. В. Козлов (СССР). №1487231/1005; заявл. 10.04.79 ; опубл. 11.01.82, Бюл. №4. Зс.

48. Измерение расхода газожидкостных смесей тепловыми расходомерами / Климова О. В., Камразе А. Н. // Автоматика и КИП. 1982.- №5. - с. 26-29

49. Пат. США №4169374 (G01F1/34). Apparatus for continuously measuring the flow rate of each of the components of a composite fluid flow formed of a liquid and of a gas / Arieh S., Budliger J. заявл. 17.03.78; опубл. 02.10.79.

50. Пат. США №4056002 (G01F1/34) Component flow rate measurement in two-phase systems / Arieh S., Budliger J. заявл. 15.09.76; опубл. 01.11.77.

51. Go with the flow / A. Mangel 1 //Nuclear Engineering International.-Aug. 2008.-p. 19

52. Liquid Row Sensor for Nano- and Micro-flow ranges / J.C. Lotters // Sensor Review. 2005. - v.25. - №1

53. Климова, О. В. Контроль газожидкостных потоков в системах аттестации специзделий на автоматизированных испытательных стендах : дис. .к-та техн. наук : 05.11.13 : защищена 22.04.83 : утв. 11.10.83 / Климова Ольга Вениаминовна. Л., 1983. - 204 с.

54. Обновлевекий П.А. Тепловые системы контроля параметров процессов химической технологии / Обновлевекий П.А., Соколов Г.А. // Л.:Химия, 1982.-174 с.

55. Соколов Г.А. Измерение расходов газа методом тепловых меток / Соколов Г.А., Сягаев H.A., Тугушев K.P. // Коммерческий учет энергоносителей: материалы 13-й Международной научно-практической конференции. -СПб, 2001.-е. 345-349

56. Теория теплопроводности / Лыков А. В. М.: Высшая школа, 1967. - 467 с.

57. Короткое П. А. Тепловые расходомеры / Коротков П. А., Беляев Д. В., Азимов Р. К. М.: ЦНИИТЭнетехим, 1968. - 90 с.

58. Слесарно-сборочные работы // Горелышев И. Г., Кропивницкий Н. Н. / JL: Машиностроение, 1982. 319 с.

59. Practical design techniques for sensor signal conditioning // Walt Kester -USA, Analog Devices, 1999. 366

60. AT91SAM7S Series Preliminary // USA, Atmel, 2006. 600 p.

61. Цифровая обработка сигналов / Лайонс. P. 2 изд. М.: Бином, 2006. - 656 с.

62. Poslinski A. J. Isothermal gas-assisted displacement of viscoplastic liquids in tubes / Poslinski A.J., Oehler P.R., Stokes V.K. // Polymer Engineering Science. 1995. - №35. - p. 877-892

63. Measurment of particle and slip velocities in coal-gas system / Mathur M. P., Klimzing G. E. // AlChE Symp. 1983, v. 79. - № 222. - p. 60-65

64. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах / Петухов Б. С. -М.: Энергия, 1967.-411 с.

65. COSMOSFloWorks Fundamentals // США, Cosmos. 2006. - 192 с.

66. Николаев И. С. Расчет измерительных тепловых преобразователей расхода газов / И. С. Николаев, Г. А. Соколов, П. А. Обновленский // Приборостроение. Д.: Изд. ленинградского института точной механики и оптики, 1977.-т. XX.-с. 188

67. Тугушев, К. Р. Методы и средства измерения малых расходов газа с применением тепловых меток : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13 : защищена 05.02.04 : утв. 21.11.04 / Тугушев, Камиль Равильевич. СПб., 2004. -152 с.

68. An experimental and Computational Study of Fluid Dynamics in Gas-Liquid Chemical Reactors / Niels Deen // Denmark, Aalborg University. 2001.

69. CFD modeling of slug flow inside square capillaries // Taha Taha, Z.F. Cui / Chemical Engineering Science. 2006. - № 61. - p. 665-675

70. Вычислительная гидродинамика и тепломассообмен. Введение в метод конечных разностей: Учебное пособие. / Абиев Р.Ш. СПб.: Изд-во НИИ-Химии СПбГУ. - 2002. - 576 с.

71. Кутателадзе С. С. Гидродинамика газожидкостных систем / Кутателад-зе С. С., Стырикович М. А. Изд. 2. - М.: Энергия, 1976. - 296 с.

72. ДА Луковников, В JVL Голод Численный расчёт теплофизических характеристик газожидкостной среды / ДА Луковников, В.М. Голод // XIX неделя науки СПбГТУ: Материалы межвузовской научной конференции, ч. Ш. СПб, 2001. с.107-109

73. Aggour, М. A, Hydrodynamics and Heat Transfer in Two-Phase Two-Component Flow: Ph. D. Thesis /М. A. Aggour, University of Manitoba -Canada, 1978. 88 p.

74. Knott RF. An Experimental Study of Heat Transfer to Nitrogen-Oil Mixtures / Knott R.F., Anderson RJV., Acrivos A, Petersen E.E. // Industrial and Engineering Chemistry. -1959. v. 51. -№ 11. -p. 1369-1372

75. Forced Convection Heat Transfer to Water with Air Injection in a Rectangular Duct / MartinB.W., Sims G.E.//I&EC Fundamentals.-1979.-v. 14.-p. 1115-1134

76. Rezkallah K.S. An Examination of Correlations of Mean Heat Transfer Coefficients in Two-Phase and Two-Component Flow in vertical tube / Rezkallah K.S., Sims G.E. // AIChE Symp. Series. -1987. v. 83. - p. 109-114

77. Serizawa A. Turbulence Structure of Air-Water Bubbly Flow. Transport Properties / Seri-zawa, A, Kataoka, I., Michiyoshi, I //Int. J. Multiphase Row. 1975.'- v. 2. - p. 247-259

78. Generalized Prediction of Heat Transfer During Two Component Gas-Liquid Flow in Tubes and Other Channels / Shah, M МУ/AIChE Symp. Series. -1981. v. 77. - p. 140-151

79. Non-Boiling Heat Transfer in Gas-Liquid Flow in Rpes a Tutorial / A. J. Ghajar // Oklahoma State University, Stillwater, OK. - 2005. - 232 p.

80. Булкин Д. Д. Бесконтактный тепловой расходомер для измерения газожидкостных потоков / Булкин Д. Д., Соколов Г. А //Датчики и системы 2008. - № 12. с. 5-8.

81. ГОСТ Р 52857-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. М.: Стандартинформ - 2008. - 309 с.

82. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи. /Михалев М Ф. Л.: Машиностроение -1984. - 371 с.

83. Оценка погрешностей средств измерения: учебное пособие / Байков И.П. Кострома: КГТУ. - 2005. - 90 с.

84. Погрешности измерений //Рабинович С.Г. / Л.: Энергия, 1978. 262 с.