7, 20,球阀20作为旁通阀 通过旁路直接通入油箱16,球阀17的另一端连接过滤器18,过滤器18连接齿轮油栗19,过 滤器18的作用是去除油中的杂质，保护齿轮油栗19,齿轮油栗19和管道加热器22之间设 置球阀21，管道加热器22另一端连接液体流量计23,液体流量计23和掺混器9之间设置 第三压力测点24和第三温度测点25,掺混器9另一端（出口端）连接小通道实验装置的 进口喷嘴27,掺混器9与进口喷嘴27之间设置第二压力测点11和第二温度测点10,设置 的压力测点7、11、24的目的是为了确定两相混合物的气液比。小通道实验装置12的出口 喷嘴34连接分离器13,分离器13的作用是把油气混合物分离，分离器13和空冷散热器15 之间设置球阀14,空冷散热器15的另一端连接油箱16,这样完成了一个油管路系统。
[0023] 需要说明的是，为了同时研究单相和两相流体通过小通道阻力的变化，本实验装 置设置了空气路、油路和气液掺混装置，通过阀门的开闭选择单相还是两相实验，更加具有 灵活性和实用性；为了研究温度对流体流过小管道阻力变化的影响，本实验装置采取了管 道加热和油箱加热两种方式，管路内设置管道加热器22,管道加热器22通过PID控制，保证 了控制油加热后的温度准确性和稳定性。
[0024] 图2是小通道实验装置的切面图，为了达到小通道管束可更换、拆卸的目的，本实 用新型中进口管箱26、出口管箱31和中间管箱33采用光孔紧固螺栓24连接，用密封胶垫 23进行密封，进口管与小通道实验装置12采用进口喷嘴27连接，进口喷嘴27后端有外螺 纹，与壳体连接，前端有内螺纹，与带有外螺纹的不锈钢管连接，出口管与小通道实验装置 12采用出口喷嘴34连接，出口喷嘴34后端有外螺纹，与壳体连接，前端有内螺纹，与带有外 螺纹的不锈钢管连接，这样就可以对不同管径、不同排列方式的小通道管束进行实验。图3 所示为不同排列方式的小通道管束。
[0025] 结合图3,本实用新型在进口管箱26和出口管箱31的箱壁上分别钻有1个小孔， 且该小孔的轴线的位置距离板片lcm，1cm是优选的距离，实际工作中只要保证该小孔也即 对应的测点靠近带孔板片就可以，中间管箱33内的中心位置的小通道管道上等距离钻6个 小孔，且小通道管道上第1个孔距离板片0. 5cm，第6个孔距离板片0. 5cm，其他4个孔等距 离分布，构成本实用新型所述的第四压力测点至第十一压力测点，而用压差变送器43通过 小孔测得流体通过小通道沿程阻力和局部阻力的变化。也即在进口管箱26内设置压力测 点4,出口管箱34内设置压力测点11，位于中间管箱中心位置的小通道管段上设置6个压 力测点，第四压力测点至第十一压力测点和压差变送器43之间均设置有阀门，通过对阀门 的切换可以测量不同测压点之间的压差。
[0026] 下面结合图4 (A)、图4 (B)和图4 (C)、图5 (A)和图5 (B)对本实用新型的计算过程 进行详细说明，通过调节阀门的开闭，利用压差变送器43可以测点压力测点35和压力测点 36的压差APi、压力测点35和压力测点41的压差AP2、压力测点35和压力测点42的压 差ap3。
[0027] 压力测点41和压力测点42的压差
[0028] AP4=AP3-AP2
[0029] 利用多孔介质的思想，将每根小通道管道内流体视为由小通道管束入口处固定流 动截面流入，由小通道管束出口处固定流动截面流出，不同管道排列方式流动截面分割图 如4(A)、图4(B)和图4(C)所示。
[0030] 当小通道管束为三角形排列时，每根小通道对应流动截面为边长Pt的正六边形； 当小通道管束为正方形和转置正方形排列时，每根小通道对应流动截面为边长为Pt的正 方形。
[0031] 常规管道局部阻力aPN由下式计算
[0032] AP=i^-
[0033] 采用第二个公式计算得到的局部阻力与压差变送器43测得的A?:差别较大，但 是变化趋势相同。因此小通道局部阻力计算公式也应该具有与第一个公式相同的计算形 式，不同的只能是局部损失系数I。本计算方法以常规管道流动面积突扩突缩水头损失计 算公式为基础，以小通道内水头损失实验数据对其进行一定修正，最终给出小通道局部阻 力的计算方法。
[0034] 首先设定修正系数f，则当小通道流动面积突然扩大时：
[0035] ^Pn,i=f*(1_A1/A2)2?p v2/2
[0036] 当小通道管道流动面积突然减小时：
[0037] APN，2=f? 〇? 5 ? (1_Ai/A) ?pv2/2
[0038] 流体截面突然变化时的阻力系数不仅取决于管段的几何参数，而且还取决于流动 状态（Reynolds数）。通过调节齿轮油栗19改变液体流量，进而改变液体的雷诺数，本实用 新型中的小通道局部阻力系数随Reynolds数变化如图6所示。
[0039] 由图6可知：在实验范围内小通道内流体过流断面突缩的局部阻力系数随Re的增 加而减小，局部阻力系数G随Re增加变化趋于平缓，和常规通道的情况变化趋势一致，但 是远远高于流体流过常规通道时的局部阻力系数；小通道内流体过流断面突扩的局部阻力 系数随Re的增加而减小，和常规通道的情况变化趋势一致，但是远远高于流体流过常规通 道时的局部阻力系数。
[0040] 将通过本实用新型设置的各个测点所测得的实验数据与所得修正因子相关联，当 流动面积突然缩小时：
[0041 ]
[0042]
[0043]
[0044] 用修正后的公式去计算流体局部阻力的变化，发现计算值和实验值基本吻合。本 计算方法能够准确计算小通道阻力，为以后小通道的设计和选取提供技术支撑。
【主权项】
1. 一种小通道阻力测量装置，其特征在于：包括空气管路系统、油管路系统和小通道 实验段，空气管路系统包括依次用管路连接的空气压缩机、储气罐、减压阀、空气流量计、针 型阀和单向阀，单向阀的端部通过管路与掺混器的进气端连接，且在单向阀和掺混器的进 气端之间设置有第一压力测点和第一温度测点，油管路系统包括依次用管路连接的油箱、 第二球阀、过滤器、齿轮油栗、第四球阀、管道加热器和液体流量计，液体流量计的端部与掺 混器的进油端连接，齿轮油栗与第四球阀之间设置一旁接管道，且所述旁接管道与油箱之 间设置第三球阀，且在液体流量计与掺混器的进油端之间设置有第三压力测点和第三温度 测点，小通道实验段包括与掺混器出口端连接的小通道实验装置、与小通道实验装置连接 的分离器、与分离器连接的第一球阀和与第一球阀连接的空冷散热器，空冷散热器的端部 与油箱连接，且在掺混器的出口端与小通道实验装置之间设置有第二压力测点和第二温度 测点。2. 根据权利要求1所述的一种小通道阻力测量装置，其特征在于：所述小通道实验装 置包括依次密封连接的进口管箱、中间管箱和出口管箱，且进口管箱与中间管箱之间、中间 管箱与出口管箱之间设置有带孔板片，所述进口管箱上设置有与掺混器的出口端连接的进 口喷嘴，出口管箱上设置有与分离器连接的出口喷嘴，中间管箱中设置有小通道管道，进口 管箱的箱壁上设置有进口小孔，进口小孔通过管道伸入至进口管箱内部作为第四压力测 点，位于中间管箱的中心位置的小通道管道上等间距设置有六个中间小孔，六个中间小孔 通过管道伸出至中间管箱外部构成第五压力测点、第六压力测点、第七压力测点、第八压力 测点、第九压力测点和第十压力测点，出口管箱的箱壁上设置有出口小孔，出口小孔通过管 道伸入至出口管箱内部作为第十一压力测点，第四压力测点至第十一压力测点分别通过对 应的管路以及阀门与压差变送器连接。3. 根据权利要求2所述的一种小通道阻力测量装置，其特征在于：所述小通道管道有n 个，n个小通道管道构成小通道管束，所述小通道管束是三角形管束或正方形管束或转置正 方形管束。4. 根据权利要求1或2或3所述的一种小通道阻力测量装置，其特征在于：所述油管 路系统的管路是不锈钢管。
【专利摘要】本实用新型提供一种小通道阻力测量装置，包括空气管路系统、油管路系统和小通道实验段，空气管路系统包括依次用连接的空气压缩机、储气罐、减压阀、空气流量计、针型阀和单向阀，单向阀与掺混器的进气端连接，油管路系统包括依次用连接的油箱、第二球阀、过滤器、齿轮油泵、第四球阀、管道加热器和液体流量计，液体流量计与掺混器的进油端连接，小通道实验段包括与掺混器出口端连接的小通道实验装置、与小通道实验装置连接的分离器、与分离器连接的第一球阀和与第一球阀连接的空冷散热器，空冷散热器的端部与油箱连接。本实用新型适用于单相和两相试验，试验件具有可拆卸的优点，能针对不同直径、不同排列方式的小通道进行实验，更加灵活方便。
【IPC分类】G01M10/00
【公开号】CN204730998
【申请号】CN201520371863
【发明人】朱卫兵, 张小彬, 陈宏 , 王浩祥, 胡亮, 张崇龙, 王彦超, 陈湘怡, 鲁勇帅, 钱磊
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月2日