(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111561267.4 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 安徽中控仪表有限公司 地址 247200 安徽省池州市东至 县大渡口 经济开发区 (72)发明人 魏方方　刘振华　矫欣雨　刘健　 (74)专利代理 机构 合肥中博知信知识产权代理 有限公司 34142 专利代理师 李金标 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G01F 25/10(2022.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种湿天然气文丘里管流量计虚高数值模 拟方法 (57)摘要 本发明涉及两相流量测量技术领域， 特别涉 及一种湿天然气文丘里管流量计虚高数值模拟 方法， 所述方法包括： (1)利用DesignModel将文 丘里管结构 的物理模型建立成3D水平文丘里管 几何模型， 进行网格划分和 网格独立性研究， 网 格生成过程中选择由三角形与四面体组成； (2) 前处理设置； (3)FLUENT模拟结果 分析； 本发明提 供的方案充分参照了现场工况来设置模拟实验 参数， 仿真模拟不同工况下湿天然气通过文丘里 管时的压差和等量的单相天然气单独通过时的 压差， 计算虚高系数， 分析虚高系数的影 响因素， 比较得出数值模拟虚高值与现有不同虚高模型 的计算结果较为吻合。 权利要求书1页 说明书7页 附图8页 CN 114444343 A 2022.05.06 CN 114444343 A 1.一种湿天然气文丘里 管流量计虚高数值模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)利用Desi gnModel将文丘里管结构的物理模型建立成3D水平文丘里管几何模型， 进 行网格划分和网格 独立性研究， 网格生成过程中选择由三角形与四面体组成； (2)前处理设置 利用Fluent进行求解时， 选择k ‑epsilon的模型计算文丘里节流装置内的气液两相流 动， 流体模型选择适用于多相流的VOF模型， 压力和速度的耦合采用多相流模型中适用于稳 态流动的Simple模型； 边界条件： 进口采用速度入口边界条件， 出口采用压力出口边界条件； 压力方程的离散 采用标准格式， 动量方程的离散采用一阶迎风格式， 在迭代计算过程中， 设置残差精度为 10‑4； (3)FLUENT模拟结果分析 总结节流元件内部压力场与速度场的变化规律； 对比单气相流动与湿气两相流的流动 之间的不同以及变化 规律， 以及不同的液相含率对压降的影响。 2.根据权利要求1所述的湿天然气文丘里管流量计虚高数值模拟方法， 其特征在于， 在 步骤(3)中， 具体通过不同工况条件和模 型下的多组模拟实验， 得到湿气虚高修正系数OR与 XLM、 Frg、 ρg/ρl的关系图； 其中， XLM为洛 玛参数， Frg为气相弗劳德常数， ρg为气相密度， ρl为液相密度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114444343 A 2一种湿天然气文 丘里管流量计虚高数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及两相流量测量技术领域， 特别涉及一种湿天然气文丘里管流量计虚高 数值模拟方法。 背景技术 [0002]湿气流量的在线测量既可以降低气 田投资和运营成本， 也可简化生产工艺， 提高 气藏综合管理水平提供科学依据。 从气井采出 的天然气普遍含液相， 而经过分离后的干天 然气在经过长途运输及温度压力改变后也可能析出液体， 变成湿天然气。 文丘里管作为常 用的湿气 计量流量计， 拥有 结构简单、 造价低廉等特性， 国内外很多商用湿气和多相流量计 都采用它进行流量测 量。 通常差压式流量计只适用于牛顿流体的测量， 其流体在组成和热 力学上是均匀单相的， 符合牛顿内摩擦定律， 当被测 流体夹带少量的其它相介质通过差压 式流量计时， 压差值就会发生显著变化。 寇杰等人通过实验对比证明了文丘里管流量计比 孔板流量计计量更加准确， 进行湿气计量时， 附加的压力损失大小取决于若干参数， 如压 力、 温度、 流型等。 当文丘里管流量计用于湿气计量时， 湿气产生的压差通常比气体中没有 液体时大， 通常会导致差压流量计的气体流量出现正误差， 即 “虚高”现象。 当前国内外学者 也提出各种虚高模型， 这些模型都是针对工业湿气测 量而提出来的， 这些流量计的入口直 径都在2‑48in范围。 Britton等人在研 究文丘里管测量湿气时发现， 在湿气参数不变， 流经 入口直径 不同， 其他参数相同的两个文丘里时， 入口直径越小的虚高越小。 2012年， Denghui   He等人对湿天然气在文丘里管的流动进行数值模拟研究， 将不同的湍流模型进行对比， 结 果表明标准k ‑ε模型优于其余湍流模型， 在迭代计算中能够较快收敛。 2013年， Kumar   Perumal对不同尺寸的文丘里管进行湿气流动数值模拟研究， 并分析文丘里管的几何尺寸 对湿气虚高的影响， 结果表明： 文丘里管入口直径越大， 节流比对流出系 数影响越小， 收缩 角越大流出系数越小， 节流比越 大虚高越小。 Perumal  Kumar等人利用FLUENT软件对湿气在 文丘里管内的流动进行了数值模拟， 文丘里管的节流比为0.4， 保持不变， 设置了不同的收 缩角与扩张角， 并进 行组合。 以上关于湿气计量虚高研究， 更多 是关注是节流器本身 结构对 湿气(大多数研究介质为蒸汽、 气水混合物)虚高影响， 很少针对湿天然气和实际应用工况 开展虚高研究。 发明内容 [0003]本发明的目的在于提供一种湿天然气文丘里管流量计虚高数值模拟 方法， 该方法 运用ANSYS ‑FLUENT， 参照现场工况设置模拟实验参数， 仿真模拟不同工况下湿天然气通过 文丘里管时的压差和 等量的单相天然气单独通过时的压差， 计算虚高系 数， 分析虚高系 数 的影响因素， 比较得 出数值模拟虚高值与现有不同虚高模型的计算结果较为吻合。 [0004]为了实现上述目的， 本发明采用以下技 术方案予以实现： [0005]一种湿天然气文丘里 管流量计虚高数值模拟方法， 包括以下步骤： [0006](1)利用DesignModel将文丘里管结构的物理模型建立成3D水平文丘里管几何模说　明　书 1/7 页 3 CN 114444343 A 3