摘要(yao):霧狀流(liú)條件下(xià),離散液(ye)相對渦(wo)街流量(liang)計 測量(liang)誤差的(de)影響。對(dui)實驗結(jié)果的進(jìn)一步分(fèn)析表明(míng)，均相流(liu)模型并(bing)不适合(hé)于渦街(jiē)流量計(ji)在霧狀(zhuàng)流中的(de)測量.實(shí)驗在多(duo)相流裝(zhuāng)置上口(kǒu)徑爲50mm的(de)水平管(guan)段上進(jin)行,在保(bǎo).證氣相(xiang)流量不(bú)變的條(tiao)件📐下，研(yan)究了0~01%液(ye)相含率(lǜ)範🥵圍内(nèi)渦街流(liu)量計的(de)測量誤(wù)差,渦街(jiē)産生的(de)頻率值(zhi)是通過(guò)對模拟(ni)信号進(jin)行傅立(li)葉變換(huàn)來🤩獲取(qǔ)的.利用(yòng)數值仿(pang)真的方(fang)法研究(jiu)了旋渦(wo)發生體(ti)上渦量(liàng)場的變(bian)化,理論(lun)上解釋(shi)了霧狀(zhuàng)流中渦(wo)街流✏️量(liang)計測量(liang)誤差産(chǎn)生的原(yuán)因。
1引言(yán)
　　霧狀流(liú)是化工(gōng)行業中(zhong)常見的(de)一種流(liu)型,表現(xian)爲氣相(xiàng)占絕大(dà)部分爲(wèi)連續相(xiang),液相占(zhàn)小部分(fen)爲離散(sàn)相。目前(qian)用到霧(wù)狀🍓流測(ce)量的流(liu)量儀表(biao)有孔闆(pǎn)文丘裏(li)管.内錐(zhuī)🌈渦街以(yi)及渦輪(lun)🐇流量計(jì)其中孔(kong)闆和文(wen)丘裏管(guǎn)流量計(jì)應用廣(guang)泛‼️,對于(yu)其它幾(jǐ)種流量(liang)計在霧(wù)狀流中(zhong)應用的(de)報道還(hai)較少。
　　對(dui)于渦街(jiē)流量計(jì)在霧狀(zhuang)流中的(de)測量,一(yī)些研究(jiu)者☎️已經(jīng)做過研(yán)究。在油(you)田現場(chǎng)和實驗(yan)室的霧(wù)狀流條(tiao)件下對(duì)渦街流(liú)量計🈚進(jìn)行了實(shí)驗,實驗(yàn)結果表(biao)明液相(xiàng)含量的(de)增加會(hui)明顯地(di)增加渦(wo)街流量(liang)計的測(cè)量誤差(cha)油田現(xiàn)場的高(gao)壓條件(jiàn)下對渦(wō)街流量(liàng)計在霧(wù)🏒狀流中(zhōng)的工作(zuò)情況進(jin)行了研(yan)究以水(shui)蒸汽作(zuò)爲實☎️驗(yan)介質對(duì)渦🌈街流(liú)量計進(jìn)行了💋實(shi)驗研究(jiu)，其中💃🏻蒸(zheng)汽🏒爲氣(qi)相.水爲(wei)液相。
　　從(cóng)現有的(de)文獻來(lái)看，研究(jiu)渦街流(liú)量計測(cè)量霧狀(zhuang)流的文(wen)獻不多(duō),并且多(duō)集中在(zài)研究不(bu)同工沉(chén)條件下(xia)渦街流(liu)量計測(cè)👄量誤差(cha)上🔴。本文(wen)在多相(xiang)流裝置(zhi)上常📧壓(yā)霧狀流(liú)條件下(xià)進行了(le)實驗🈚,并(bìng)從不同(tóng)角度對(dui)實🌈驗果(guǒ)進行處(chu)理，分析(xi)了渦街(jiē)流㊙️量計(ji)的測量(liang)誤差。分(fèn)析表明(míng),在 孔闆(pǎn)流量計(ji) 和文丘(qiu)裏管流(liu)量計測(ce)量霧狀(zhuang)流時使(shǐ)用的均(jun)相流模(mo)型在渦(wō)街流量(liàng)計測量(liàng)中并不(bú)适用。通(tong)過數值(zhí)仿真方(fang)法研究(jiū)了🍉霧狀(zhuang)㊙️流條件(jiàn)下旋渦(wo)發生體(ti)上渦量(liàng)🌐場的變(bian)🔞化,對測(cè)量誤差(cha)以及均(jun)🔱相流不(bú)适用的(de)原因進(jìn)行了探(tàn)讨。
2實驗(yàn)裝置及(jí)方法
2.1實(shi)驗裝置(zhì)(圖1)

　　空氣(qì)壓縮機(jī)将空氣(qi)壓縮後(hou)送入儲(chǔ)氣罐,流(liu)量計1計(jì)量氣液(yè)混✂️合前(qian)儲氣罐(guàn)送入管(guǎn)道的氣(qì)體流量(liang)。蓄水罐(guàn)距離地(di)面30m提供(gong)實驗所(suo)需的液(yè)相,其流(liu)量由流(liu)量計2測(ce)得🐇。氣相(xiang)和🈲液相(xiang)經混和(hé)器混和(hé)後送入(rù)實驗管(guan)段,最後(hou)流入分(fèn)離罐将(jiang)水和空(kong)氣進行(háng)分離,空(kong)氣由放(fàng)氣閥排(pai)出，水由(yóu)水泵送(sòng)回蓄水(shui)罐循環(huan)使用。。工(gōng)控機對(duì)所有儀(yi)表數據(ju)進行采(cai)集和顯(xiǎn)示并對(duì)兩個電(dian)動調節(jiē)閥✉️進行(háng)控制,調(diào)節氣相(xiang)和液相(xiang)的流量(liàng)
　　實驗所(suo)用的渦(wō)街流量(liàng)計選擇(zé)了一台(tai)應用最(zui)多的壓(yā)電💋式渦(wo)街流量(liàng)計,其口(kǒu)徑爲50mm,在(zai)普通氣(qi)體流量(liàng)實驗裝(zhuāng)置上測(cè)試,其精(jīng)度爲15%。将(jiang)渦街流(liú)量計放(fàng)置在水(shuǐ)☎️平直管(guǎn)段上,其(qí)上下遊(you)直管段(duàn)長度分(fèn)别爲30D和(hé)20D。 壓力變(biàn)送器 和(hé) 溫度變(biàn)送器 分(fen)别放在(zài)渦街流(liu)量計上(shang)遊1D和下(xià)遊10D的位(wei)置水在(zài)渦📞街流(liu)量💜計🍉上(shang)遊70D的地(di)方注入(rù),混和器(qi)安裝在(zài)渦街流(liú)量計上(shang)遊30D的位(wèi)置
2.2實驗(yàn)方法
　　實(shí)驗的過(guo)程中保(bao)持氣相(xiang)流量爲(wei)141m3/h,對應的(de)流速爲(wèi)20m/s,管道中(zhong)液相體(ti)積含率(lü)分别爲(wèi)0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以5000Hz的頻(pín)率對不(bú)同液相(xiang)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻含率下(xià)電荷放(fang)大器産(chan)生的正(zheng)弦信号(hao)進行采(cai)樣,每次(cì)采樣10組(zǔ)數據🔴,每(mei)組數據(jù)有104個采(cai)樣點🌐,然(rán)後把得(dé)到🌍的采(cai)樣點進(jìn)行傅立(lì)葉變換(huan),得到不(bú)同液相(xiàng)含率下(xia)渦街産(chǎn)生的頻(pin)率.，不同(tong)液相含(han)率時渦(wo)🌍街信号(hao)的頻✨譜(pǔ)圖如圖(tú)2所示。

3測(ce)量誤差(cha)分析
表(biǎo)1爲實驗(yan)的最終(zhōng)結果。

　　在(zài)對渦街(jiē)流量計(ji)的測量(liang)誤差進(jìn)行分析(xi)之前,首(shou)先在🌍标(biao)準✨氣裝(zhuang)置上對(dui)其進行(hang)了标定(dìng),得到了(le)實驗所(suǒ)🔴用渦街(jie)流量計(ji)💔的斯🔞特(te)勞哈爾(ěr)數s爲0.291,那(na)麽流過(guò)實驗管(guan)段中渦(wo)街流量(liang)計的🤟流(liú)量可用(yòng)式(1)計💚算(suàn)得到。

　　式(shì)中:Qt一實(shi)驗段渦(wo)街流量(liàng)計測得(de)的流量(liang)值;?一頻(pin)譜♋分析(xi)後得到(dao)的渦街(jiē)脫落頻(pín)率;st一斯(sī)特勞哈(hā)爾數;d一(yī)旋渦發(fā)生體截(jie)流面寬(kuān)度;D一管(guǎn)道直徑(jìng).
　　對渦街(jiē)流量計(ji)的測量(liàng)誤差用(yòng)式(2)來計(ji)算:

　　式中(zhong):σ一渦街(jiē)流量計(jì)的測量(liang)誤差，Qt一(yī)-圖1中流(liú)量計1測(cè)得🚩的🧡标(biao)準流量(liàng)值。
　　表2爲(wèi)渦街流(liu)量計測(cè)量誤差(cha)的計算(suàn)結果。從(cóng)表中可(kě)以看出(chū)⁉️,渦👉街流(liú)量計的(de)測量誤(wu)差随着(zhe)液相含(han)率.的增(zeng)加而增(zeng)加。當液(yè)相含率(lǜ)從0僅增(zeng)加到00106%時(shí),渦街流(liú)量計測(cè)量誤差(chà)即受到(dao)很大的(de)影🛀🏻響,誤(wù)差增加(jia)了近60倍(bèi)。當液相(xiang)含率從(cong)00106%增加到(dao).0.0922%時,誤差(cha)變化較(jiao)爲平緩(huan),液相☔含(han)率增加(jiā)了近10倍(bèi),測量誤(wu)差增加(jia)了6倍。

4均(jun1)相流模(mo)型下的(de)誤差分(fèn)析
　　當氣(qì)液兩相(xiang)流體的(de)速度溫(wēn)度和化(huà)學勢的(de)平均值(zhi)與每一(yī)🈚相🈚的速(su)度溫度(dù)和化學(xue)勢的數(shu)值相同(tong)時的流(liú)動稱爲(wèi)均相流(liú)動|4]。符合(he)均相流(liú)流動條(tiáo)件的氣(qì)液兩相(xiàng)混合物(wù)可💔近似(sì)看成一(yi)種具有(yǒu)均勻混(hun)合密度(dù)B的“單相(xiang)流體”。一(yī)些研究(jiu)者[5~)将霧(wù)狀流視(shì)爲❤️均相(xiang)流流🚶動(dòng)，并用均(jun)相💃🏻流模(mo)型對孔(kong)闆和文(wén)丘裏在(zai)霧狀流(liú)中🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的測(cè)量進行(hang)了研究(jiu),取得了(le)較好的(de)結果。本(běn)文以均(jun)相流模(mo)型爲依(yi)據對渦(wō)街⭕流量(liang)計在霧(wù)狀流中(zhōng)的測量(liàng)誤差進(jìn)行了分(fèn)析。
　　渦街(jie)流量計(ji)測量單(dān)相流流(liú)量Q的模(mo)型爲:

　　将(jiang)式(5)代入(ru)式(4)最後(hou)得到了(le)霧狀流(liu)中質量(liàng)流量的(de)計算💁公(gong)式㊙️,式⛷️(6)即(ji)爲渦街(jiē)流量傳(chuán)感器的(de)均相流(liú)模型。

　　式(shi)中:x一幹(gan)度,表示(shi)氣液兩(liǎng)相流中(zhōng),氣相質(zhì)量流量(liàng)占❌兩相(xiàng)質量流(liú)量的份(fen)額;pg和P1一(yi)氣相和(he)液相的(de)密度。
在(zài)實驗中(zhong)由式(7)計(ji)算流入(ru)實驗管(guan)段中的(de)氣液混(hùn)合物的(de)總體質(zhì)量流量(liang)。

　　式中:Wmc一(yi)流入實(shi)驗管段(duàn)的氣液(yè)總質量(liàng)流量;wc一(yi)圖1中标(biao)準流量(liang)計1測得(dé)的氣液(ye)混合前(qian)氣體質(zhi)量流量(liàng);Wr一-圖1中(zhōng)标準流(liu)量計2測(ce)得的氣(qi)液混合(hé)前水的(de)質量流(liú)量。
　　實驗(yan)管段中(zhōng)渦街流(liu)量計測(cè)得的混(hun)合流體(tǐ)的質量(liàng)流量♍Wmt通(tōng)過👈式(6)計(jì)算得到(dào)因此最(zui)終實驗(yàn)管段渦(wō).街流量(liàng)計的測(ce)❗量誤👉差(cha)用式(8)計(ji)算,δ爲相(xiang)對誤差(chà),表示了(le)實驗管(guǎn)段中渦(wo)街流量(liàng)計測量(liang)得到的(de)氣液混(hun)合流體(ti)的質量(liang)流量與(yu)真實值(zhi)之間的(de)相對誤(wu)差。

　　圖3爲(wei)最後得(dé)到的渦(wō)街流量(liang)計的測(cè)量誤差(cha),從圖中(zhong)可以看(kan)🏒到，将霧(wù)狀流看(kan)作均相(xiàng)流後，,渦(wō)街流量(liàng)計測量(liang)得😘到的(de)質量流(liu)量值與(yu)實際值(zhí)之間依(yī)然存在(zài)有較大(dà)的誤差(chà),并且誤(wu)差會随(suí)着旋渦(wo)脫落頻(pin)率的增(zēng)加而增(zēng)加。

5實驗(yàn)結果分(fen)析
　　渦量(liàng)表示了(le)速度場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)程度,可(ke)以通過(guò)對旋渦(wo)發生體(tǐ)壁面渦(wo)量場的(de)測量來(lai)判斷旋(xuán)渦結構(gou)的強度(du)以🏃🏻‍♂️及邊(biān)界層的(de)卷曲情(qing)況。在前(qian)面對液(ye)相運動(dong)情📱況分(fen)析的基(ji)礎上，對(duì)旋渦發(fā)生體上(shang)旋渦形(xing)成的變(bian)化進行(háng)了分析(xī)。通過數(shu)值模拟(nǐ)。觀察了(le)當氣相(xiàng)中有離(lí)散液相(xiàng)存在時(shí)旋渦發(fā)生體壁(bì)面上渦(wō)量的變(bian)化🏒。數值(zhi)模拟在(zài)流體計(jì)算軟件(jian)FUENT上進行(háng),采用離(lí)散相模(mó)型進行(háng)計算。
　　首(shou)先對渦(wō)街流量(liàng)傳感器(qì)沒有液(ye)相加入(ru)時渦街(jiē)壁面.上(shàng)渦♊量㊙️的(de)🙇🏻變化情(qíng)況進行(háng)了記錄(lu)。圖4反映(ying)的是當(dang)入口🔞速(sù)度爲20m/s時(shí),一個✍️周(zhou)期内不(bú)同時刻(ke)旋渦發(fā)生體壁(bì)面，上渦(wō)量的變(bian)化情🌍況(kuang),以及當(dāng)氣體中(zhong)注入液(yè)體含率(lü)爲0.1%時旋(xuán)渦發生(shēng)體上一(yī)個✉️周期(qī)内不同(tong)時刻的(de)渦量變(biàn)化。未加(jia)入液相(xiang)時可以(yi)看到旋(xuán)渦在旋(xuan)渦發♉生(sheng)體上從(cong)産生到(dào)逐漸長(zhǎng)大最後(hòu)從旋渦(wo)發生🔞體(tǐ)上脫落(luo)的整個(gè)過程,在(zài)開始時(shí)刻邊界(jie)層在旋(xuán)渦發生(shēng)體的銳(ruì)邊開始(shi)卷積😘形(xing)成旋渦(wo)，随後旋(xuán)渦逐漸(jian)變大,渦(wo)量比初(chu)始時相(xiang)對減💋小(xiǎo),最後旋(xuan)渦從旋(xuan)渦發生(shēng)體😘上脫(tuō)落,旋渦(wo)發生體(ti)壁面.上(shàng)的渦量(liàng)變爲零(ling)。由圖4進(jìn)🤞行比較(jiao)可以明(ming)顯地看(kan)出,在加(jiā)入液相(xiang)以後液(ye)相的存(cún)在影響(xiǎng)了氣體(ti)邊界層(ceng)在壁面(mian)上的卷(juan)積,旋渦(wō)發生體(ti)上的🌈渦(wō)量明顯(xian)減小。

　　孔(kǒng)闆和文(wen)丘裏管(guan)流量計(ji)是利用(yong)差壓原(yuán)理來進(jìn)行流量(liang)測量的(de)，液相的(de)存在對(duì)它們影(yǐng)響較小(xiao),而渦街(jie)🌈流量計(ji)是利用(yòng)檢測🐕流(liú)體🌈經過(guo)旋渦發(fa)生體後(hou)産生的(de)旋渦頻(pín)率來測(ce)量流體(tǐ)流量的(de)。由對💋旋(xuán)渦發生(shēng)體上的(de)渦量分(fèn)析表明(míng),液相的(de)存在影(yǐng)響了旋(xuán)渦的形(xíng)🤩成，從而(ér)減弱了(le)旋渦強(qiáng)度㊙️造成(chéng)了測量(liàng)誤差的(de)增加。
6結(jié)論
(1)通過(guò)在霧狀(zhuàng)流中的(de)實驗表(biao)明,離散(san)液相的(de)存在對(dui)渦街流(liu)量計測(ce)量誤差(chà)影響明(ming)顯，在常(cháng)壓下加(jia)入很少(shao)的液相(xiang)時，渦街(jie)流量計(ji)的誤差(cha)就會變(biàn)化很大(da)。
(2)在文丘(qiu)裏和孔(kong)闆流量(liang)計中适(shì)用的均(jun)相流模(mó)型并🙇‍♀️不(bú)㊙️适用于(yú)渦街流(liú)量計。從(cóng)數值模(mó)拟的結(jie)果來看(kàn),由于離(lí)散液相(xiang)的🌈存在(zai)♋破壞旋(xuán)渦發生(sheng)體上旋(xuan)渦的形(xing)🌐成,從而(er)⚽導緻了(le)渦街流(liu)量計測(ce)量誤差(cha)的增加(jia)。

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