摘要：蒸汽流量量(liang)值體系的溯源是(shi)保證蒸汽流量🎯測(ce)量準确的🏃‍♀️關鍵。基(jī)于流體力學、熱力(li)學以及渦街⁉️流量(liang)計旋渦的産生機(jī)理，分析不同介質(zhì)對渦街流💔量計的(de)計量特性的影☔響(xiǎng)，介質粘度的不同(tóng)導緻了三種介質(zhì)測試下雷諾數的(de)不同，影響到㊙️斯特(tè)勞哈數差異。但對(duì)渦街流量計的儀(yí)表系數影響不大(da)，可🚩忽略其影響。介(jiè)質粘度的不同會(huì)導緻流量範圍的(de)不同。該分析将有(yǒu)💚利于提高渦街流(liu)量計測量蒸汽流(liu)量的計量精度。
1 蒸(zheng)汽介質的影響因(yin)素
　　所謂渦街流量(liang)計(亦稱旋渦流量(liàng)計)，其工作機理是(shi)“卡門渦街”，是一類(lei)流體振蕩式的測(cè)量儀器。“卡門渦街(jiē)”的原理是：待測管(guǎn)道流體中放進一(yi)根(或數根)非流線(xian)型截面的旋渦發(fa)生體，等到雷諾數(shù)到達特定數值，在(zài)旋渦發生體兩側(ce)分離出兩串交錯(cuo)有序的旋渦，此過(guò)程🍉具有交替性，我(wo)們将這種旋渦叫(jiào)作卡門渦街[3]。在特(te)定雷諾數範圍之(zhi)間，旋渦的分離頻(pín)率同旋渦發生體(ti)與管道的幾何尺(chǐ)寸息息相關。數據(jù)👅表明，旋渦的分離(li)頻率同流量存在(zài)正相💃關性，此頻🌂率(lǜ)可通過傳感器獲(huo)得。以上渦街流量(liang)計與卡門渦街的(de)關系可從圖1看出(chū)，二者有如下邏輯(jí)關系：

式中：
f 爲旋渦(wō)分離頻率，Hz ；
Sr爲斯特(tè)勞哈爾數；
U1爲旋渦(wo)發生體兩側的平(ping)均流速，m/s ；
d爲旋渦發(fā)生體迎流面的寬(kuan)度，m；
U爲被測介質來(lái)流的平均流速，m/s ；
m爲(wei)旋渦發生體兩側(ce)弓形面積與管道(dào)橫截面面積之比(bi)。不可壓縮流體中(zhong)，由于流體密度?不(bú)變，由連續性方程(chéng)可得到：m=U/U1 。

式(shi)中：
K爲渦街流量計(ji)的儀表系數，1 /m3。
　　通過(guò)式（3）不難看出，儀表(biao)系數K是渦街流量(liang)計的計量特性的(de)定量表征，數據表(biǎo)明，其儀表系數隻(zhi)和其機械結構與(yǔ)斯特勞哈㊙️爾數有(yǒu)關，同來流流量并(bing)無相關性。
蒸汽對(duì)渦街流量計計量(liàng)特性存在較大影(yǐng)響。可總結爲三個(gè)方面：
第一，從公式(shi)（3）中能夠得出，機械(xiè)結構尺寸D、m、d 以及斯(si)特勞哈爾數Sr這些(xie)參數與K值大小存(cún)在較大關聯性。基(jī)于物理原理研究(jiu)發現，在流體介質(zhì)條件存在差異情(qíng)況下，機械結📱構尺(chi)寸♍的改變一般是(shì)與溫度的改變引(yin)發的熱脹冷縮效(xiào)應息息相關。
第二(er)，雷諾數對斯特勞(lao)哈爾數Sr産生較大(da)影響，前者又與粘(zhān)㊙️度💚密🤩切相關，而粘(zhan)度的差異性又取(qu)決于流💁體的差異(yi)，既而引發斯特勞(láo)哈爾數Sr的區别。
第(dì)三，公式（3）的推導過(guo)程是以不可壓縮(suō)流體爲前提的，當(dang)換🏃‍♂️作氣🈚體介質時(shí)，由于可壓縮性的(de)區别或許會引🌍發(fa)儀表系數産生誤(wù)差。以上三個因素(sù)對于渦街流量計(ji)的影響将在下一(yī)節進一步探讨。
2 蒸(zhēng)汽介質斯特勞哈(ha)爾數的影響
　　嚴格(ge)而言，斯特勞哈爾(er)數是一種相似準(zhǔn)則，是在讨論流體(ti)力學中物理相似(sì)和模化是引入的(de)概念[4]。其是用來表(biǎo)征旋渦頻率和阻(zǔ)流體特征尺寸、流(liu)速關💜系的。在🎯特定(dìng)雷🏃🏻諾數區間中，旋(xuán)渦的分☂️離頻率和(hé)旋💯渦發生體與管(guǎn)道的幾何尺寸密(mì)切相關，換言之斯(si)特勞哈數可視爲(wèi)定量。由圖2可看出(chu)，在Re D=2×104 7×106區間内，斯特☁️勞(lao)哈數是定值，此也(yě)是儀表的正常工(gong)作區間。
　　現實情形(xíng)下，Sr即便在Re D=2×104 7×106區間内(nei)，也與Re D的改變發生(sheng)變化，參照1989年日本(ben)制訂的渦街流量(liàng)計工業标準JISZ8766《渦街(jie)流量計——流量😄測量(liàng)🐅方法》。2002年加以修訂(dìng)，把渦街流量計發(fā)生體的固定形式(shì)歸爲兩種，《标準》規(guī)定的旋渦設計🏃🏻‍♂️，發(fā)生體依據插入測(ce)量管頂端🔆固定與(yu)否區别爲标🔞準1型(xíng)與标準2型，它們的(de)Sr值存在較小區别(bié)，詳見表1數👅據。


　　标準(zhǔn)2型Sr的平均值是0.25033，它(tā)的标準偏差是0.12%；而(ér)标準1型爲0.3%，現階段(duàn)我❄️國㊙️一般廣泛采(cai)用标準1型。而标準(zhun)2型在日🚩本橫河儀(yí)表研制的渦街流(liu)量計普遍采用。
　　通(tong)過雷諾數的推導(dao)公式不難得出，檢(jiǎn)測時，蒸汽和空氣(qì)⛷️因爲粘🔞度的區别(bié)，會引發雷諾數存(cun)在差異。參照一般(ban)實驗情🌈況下三類(lei)流體介質的工況(kuang)差異，它們的運動(dong)粘度👈詳見表2：

式中(zhong)：
ρ表征介質密度；
D 表(biao)征管徑；
u 表征流速(sù)；η表征介質動力粘(zhan)度；
v 表征介質運動(dong)粘度。

　　通過以上各(gè)參數數據不難發(fa)現，水的運動粘度(du)最低📐，空氣最高，蒸(zheng)汽介于二者之間(jiān)。三者比例是1：15：4。所以(yi)若使雷諾數一緻(zhì)，應使水的流速最(zuì)小，空氣最大，蒸汽(qi)在區間取值。在對(duì)儀表的系數進行(hang)檢定過程中🌈，通常(chang)應考慮雷諾數一(yi)緻時，真實測量過(guò)程中的差異性誤(wu)差。尤其在蒸汽的(de)測量時，儀表量程(cheng)的選型是參照在(zài)空氣介質下測量(liang)獲得的體積流量(liàng)區間與蒸汽的🚩密(mì)度乘積，推導出蒸(zheng)汽的🍓體積流量區(qu)間。這⭐種算法會引(yǐn)發差異性介質下(xià)雷諾數的區間差(chà)🌐異。細緻分析上表(biao)可得🌏出，隻要雷諾(nuò)數在既定範圍内(nèi)，檢定過程中并不(bu)會由于介質的不(bu)同造成較大的誤(wù)差，這個影響可不(bú)考慮。但雷諾數不(bú)可超出規👅定區間(jian)，否則會引發Sr的較(jiào)大差異，造成誤差(cha)。
　　通過表3不難發現(xiàn)，要得出渦街流量(liàng)計基于最低流量(liang)的限雷諾數，口徑(jìng)一緻情況下三類(lei)介質的最小流速(su)應滿👣足1.0：4.0：15.0的大緻🌈比(bǐ)例。所以不可以将(jiang)空氣介質👈下的體(tǐ)積流量區間等同(tong)于蒸汽介質下的(de)數值。
3 蒸汽介質物(wu)理特性影響分析(xī)
　　物理學家範德瓦(wǎ)爾斯特實驗室中(zhong)，發現了水蒸氣💯的(de)物💋理性質，得出氣(qi)體分子間有着一(yī)定作用力，繼而推(tuī)導出🈲氣體🎯的狀态(tài)方程以輔助理論(lun)驗證，這就是著名(míng)的範德瓦爾斯特(tè)氣體狀态方🛀🏻程[5]。進(jin)一步研究發現，水(shui)☔蒸汽的分子的體(tǐ)積🔅和相互的作用(yòng)力比較大，無法以(yi)理想的氣體狀态(tài)方程加以表征。參(cān)照範德瓦爾斯特(tè)公式（5）的計算過程(chéng)：

式中：?
p爲壓強；
V爲1摩(mó)爾氣體的體積；
R爲(wèi)普适氣體常數；
a爲(wèi)度量分子間引力(lì)的參數；
b爲1摩爾分(fen)子本身包含的體(tǐ)積之和。
　　以上公式(shi)（5）中因子a和b的值因(yīn)氣體的性質不同(tong)而存在差異，一般(bān)地，氣體的分子間(jiān)引力參數a與b分子(zi)體積 表述如表3所(suǒ)示。

　　氣體分子間的(de)吸引力與間距存(cún)在負相關性，也就(jiù)⭐是密度⛷️的概念。把(ba)此理論使用在渦(wō)街流量計的測量(liàng)過程中，通過表中(zhong)的數♉據不難發現(xiàn)，水蒸汽分子間的(de)吸🈲引力a的數值較(jiao)☂️大，相當💰于氧氣與(yu)氮氣的4倍多。所以(yi)，在測量實際氣體(tǐ)時，基于同等壓力(lì)條件，水的分子間(jiān)的吸引力的數值(zhi)較蒸汽與空氣大(dà)得多🔞，而蒸汽又顯(xiǎn)著大于空氣。用渦(wo)🤩街流量計進行測(ce)量時，發生體兩側(cè)的位置因爲流速(su)加大，引起靜壓力(li)減小，體積擴張，流(liu)體密度随之減小(xiao)，而♍水介質由于分(fèn)子間作用力大，并(bing)無明顯膨脹情況(kuàng)。蒸汽的分子🈲間的(de)吸引力比空氣大(dà)，所以前者膨脹性(xing)更低，密度變化也(ye)更小。參考流量的(de)連續性方程得出(chu)，因爲空氣密度變(bian)化更大，所以它的(de)發生🌂體兩側的流(liú)量變🙇🏻化較蒸汽介(jie)質更大，所以它的(de)儀⭐表系數🈲比蒸汽(qì)介❗質變化更顯著(zhe)。

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