1前言(yán)
　　濕氣是由(yóu)氣體與液(yè)體混合而(ér)成的--種兩(liang)相流，其中(zhong)液相體積(jī)占一-小部(bù)分爲離散(san)相，氣相體(tǐ)積占到絕(jué)大部分爲(wèi)連續👨‍❤️‍👨相。在(zài)🏃‍♂️石油和天(tian)然氣工業(yè)中,經常會(hui)有濕氣産(chan)生。石油工(gong)業✨要求濕(shī)👨‍❤️‍👨氣的測量(liang)正确可靠(kao)。濕氣計量(liang)的最終目(mù)的是實現(xian)濕氣測量(liang)儀表或系(xì)統能夠實(shi)時❗檢測出(chū)濕氣中液(ye)相和氣相(xiàng)的含量。
　　目(mu)前濕氣測(cè)量的常用(yòng)方法是将(jiāng)幾種測量(liang)幹氣的💔标(biāo)準儀表進(jin)行組合對(duì)濕氣進行(hang)測量,或直(zhi)接用測量(liang)幹氣的儀(yi)表對濕氣(qì)進行測量(liàng)，并對測量(liang)結果進行(hang)修正,其中(zhong)修正值是(shi)通過實驗(yan)來确定的(de)。多種儀表(biao)者被推薦(jian)用于濕氣(qì)的測量,目(mu)前用到的(de)流量計🥰有(you)孔闆、文丘(qiu)裏管、渦輪(lún)、渦街和 内(nèi)錐式流量(liang)計 。在這些(xie)流量計中(zhong),孔闆和文(wén)丘裏管應(yīng)用廣泛，并(bìng)已經用于(yú)濕氣的計(ji)量,而對于(yú)其它幾種(zhong)流量計在(zai)濕氣中應(yīng)用的報道(dao)還較少。
　　渦(wo)街流量計(jì) 是--種速度(dù)式流量計(ji),利用旋渦(wō)脫落原理(lǐ)制成。其具(ju)體檢測方(fāng)法是:在流(liú)體中放置(zhi)一個旋渦(wo)發生體,流(liu)體流過旋(xuán)❌渦發生體(ti)時會在其(qí)兩側産生(sheng)旋渦,旋渦(wo)産生的頻(pín)率與流體(ti)的🛀🏻流速成(cheng)正比，通❄️過(guò)檢測旋渦(wō)産生的頻(pín)率來達到(dào)檢測流體(tǐ)流速的目(mu)的。渦街流(liú)✨量計的測(cè)量精度--般(bān)能達到1.5%,量(liàng)程比爲🐪10: 1。
　　渦(wō)街流量計(jì)已經用于(yú)濕氣的測(ce)量。一款測(cè)量濕氣的(de)儀表,由兩(liang)🔴台文丘裏(lǐ)管與一台(tái)渦街流量(liàng)計組合💋來(lai)測💚量濕氣(qì)。目前提供(gòng)渦街流量(liang)計在濕氣(qi)條件下實(shi)驗數據的(de)文獻還較(jiào)少，因此需(xū)要更多的(de)實驗數據(ju)對渦街流(liú)量計在濕(shī)氣條件💋下(xia)的工作情(qíng)況作深☀️入(rù)分析。
濕氣(qì)中液相的(de)存在會加(jia)大渦街流(liu)量傳感器(qi)的測量誤(wù)差。目前所(suǒ)查到的文(wén)獻主要集(ji)中在對測(cè)量誤差的(de)🏃🏻研究上,研(yan)究者記錄(lu)了不同工(gōng)況條件下(xia)不同液相(xiang)含率造成(cheng)渦街流📱量(liang)傳感器測(ce)量🔅誤差範(fàn)圍,以便對(duì)渦街流量(liàng)計在濕氣(qi)條件下的(de)測量值進(jìn)行修正。在(zai)油田現場(chǎng)和實驗室(shì)的濕氣條(tiáo)件下對渦(wo)街流量計(jì)進行了實(shi)驗,實驗結(jie)果表明液(ye)相含量的(de)✂️增加會明(míng)顯增加渦(wo)街流量計(jì)的測量誤(wu)差I2);W ashingon( 1991 )在油田(tián)現場的高(gāo)壓條件 下(xià)對渦街流(liú)量計在濕(shī)氣中🌈的工(gōng)作情況進(jìn)行了研 究(jiu)以水蒸汽(qi)作爲實驗(yàn)介質對渦(wo)街流量計(ji)進行了實(shi)驗研究,其(qi)中蒸汽爲(wei)氣相，水爲(wei)液相4;NEL實驗(yan)室在不同(tóng)的壓力下(xià)對渦街流(liú)量計測量(liàng)濕氣的誤(wù)🔞差進行了(le)研究。
　　從已(yǐ)有的文獻(xiàn)看，以往的(de)研究工作(zuo)主要集中(zhōng)在觀測不(bú)💁同工況下(xia)渦街流量(liang)計測量濕(shi)氣時測量(liang)誤差❄️的變(bian)化情況。本(běn)文通🧑🏽‍🤝‍🧑🏻過實(shí)驗确定了(le)在常壓條(tiáo)件下,不同(tóng)液相含率(lü)時渦街流(liú)量計對濕(shī)氣的測量(liang)誤差,并經(jing)出了渦街(jie)信号品質(zhi)随液相含(hán)率的✔️變化(huà)趨勢📞,最後(hou)讨論了❤️造(zao)成渦街流(liu)量傳感器(qì)在濕氣測(cè)量中誤差(chà)增大和信(xìn)号變壞的(de)原因。
2.實驗(yàn)裝置及方(fang)法低，
21實驗(yàn)裝置
　　實驗(yan)介質由已(yǐ)測定流量(liàng)的空氣和(he)水組成,其(qí)中空氣爲(wèi)氣🐉相🏃,水爲(wei)液相,分别(bie)送入管道(dào)混合成濕(shī)氣送入實(shí)❌驗管段。實(shí)驗裝置如(ru)圖1所示。實(shí)驗裝置由(yóu)空氣壓縮(suo)機、儲氣罐(guàn)、蓄水罐、分(fen)離罐流量(liang)計、 壓力變(biàn)送器 、 溫度(du)變送器 、工(gong)控機和各(gè)種閥門組(zǔ)成。
 
　　空氣壓(ya)縮機将空(kong)氣壓縮後(hou)送入儲氣(qì)罐,流量計(ji)1測量氣🔞液(ye)🧡混😘合前儲(chǔ)氣罐送入(ru)管道的氣(qi)體流量。蓄(xù)水🏃‍♀️罐距離(li)地面30m,提供(gong)實驗所需(xū)的液相,其(qi)流量由流(liu)量計2測得(dé)。氣相和🏃‍♂️液(yè)相經混合(hé)器混合後(hou)♉送入實驗(yan)管🍓段,最後(hòu)流入分離(li)罐将水和(hé)空氣進行(háng)分離,空氣(qì)由放氣閥(fa)排出🚶，水由(yóu)水泵送回(huí)蓄水罐循(xún)🔴環使用。工(gōng)控機對所(suo)有儀🌈表數(shù)據進行采(cǎi)集和顯示(shi)并對兩個(ge)電動調節(jiē)閥🈲進行控(kòng)制,調節氣(qì)相和液相(xiàng)的流量。實(shí)驗所用的(de)渦街流量(liang)傳感器 選(xuǎn)擇了一台(tai)應用最多(duo)的壓電式(shi)渦街流量(liang)傳感器,其(qi)口徑💃🏻爲50 mm,在(zai)普通氣體(ti)流量實驗(yan)裝置.上測(cè)試,其精度(du)爲1. 5%。将渦街(jie)傳感器放(fang)置✂️在水平(ping)直管段上(shàng)，其上、下🐅遊(yóu)直管段長(zhang)度分别爲(wei)♌30D (管道直徑(jìng))和20D。 壓力變(biàn)送器和溫(wēn)度變送㊙️器(qì)分别放在(zai)渦街流量(liang)傳感器🌍上(shang)遊1D和下遊(yóu)10D的位置。水(shui)在渦街流(liu)量♍傳感器(qì).上遊70D 處注(zhu)入,混合😄器(qì)安裝在渦(wō)🛀🏻街流量計(jì).上遊30D 的位(wei)置。
22實驗方(fāng)法.
　　實驗過(guò)程中保持(chi)氣相流量(liang)爲141 m³/h,對應的(de)流速爲20 m/s, 管(guǎn)道中液相(xiàng)體⛱️積含率(lǜ)分别爲:0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以(yi)5000 Hz的頻率對(dui)不同液相(xiàng)含率下電(dian)荷放大器(qi)産生的正(zhèng)🔴弦信号進(jin)♌行采樣，,每(mei)次采樣10組(zǔ)數據，每組(zǔ)數據有104個(ge)采樣點,将(jiāng)得到的🌐采(cǎi)樣點進行(háng)傅裏葉變(bian)換得到不(bú)同液相含(hán)率下渦街(jiē)産生的頻(pin)譜,如🈲圖2所(suo)示.
 
3液相含(hán)率對測量(liang)誤差的影(yǐng)響
31測量誤(wù)差分析
　　爲(wèi)了對渦街(jiē)流量計的(de)測量誤差(cha)進行分析(xi),首先在标(biao)準氣裝置(zhi)上進行标(biāo)定,得到了(le)其斯特勞(lao)哈爾數爲(wei)0. 291 ,那麽流過(guo)它的流✔️量(liang)值可用下(xia)式計算、
 
　　其(qi)中，Qt爲實驗(yàn)段渦街流(liu)量計測得(de)的流量值(zhi);爲渦街脫(tuō)落頻率; Sr爲(wei)斯特勞哈(ha)爾數; d爲旋(xuan)渦發生體(ti)截流面寬(kuan)度; D爲管道(dào)直徑。
　　渦街(jie)流量計測(ce)量誤差可(ke)由”下式計(jì)算:
 
　　其中:y爲(wèi)測量誤差(cha);Qc.爲流量計(ji)1見圖1)測得(de)的.标準流(liú)量值📱。
　　表1爲(wèi)當注入不(bú)同的液相(xiang)流量時，渦(wō)街流量計(jì)的測🛀🏻量✂️誤(wu)差。Qj,表示🐕注(zhu)入的液體(tǐ)流量，P、爲液(ye)相含率，E,爲(wei)測量🔞誤差(cha)。從表中可(kě)以很明顯(xian)地看出,液(yè)相流量的(de)增加,使渦(wō)街🤟流量讓(ràng)的測量🈚誤(wu)差增加。
 
　　爲(wei)了更好地(di)比較不同(tóng)工況下渦(wō)街流量傳(chuan)感器測量(liàng)誤差的💃🏻變(bian)化，表2列出(chū)了不同研(yán)究者的研(yan)究結果其(qi)中Test爲本次(cì)實驗結⭐果(guǒ)。雖然不同(tóng)研究者的(de)實驗條件(jian)相差較大(dà),但💚通過表(biao)2仍可以總(zong)結出以下(xia)幾條規律(lü):液相含率(lü)越大渦街(jiē)測量誤差(cha)越大;管道(dào)内壓力對(dui)測量結果(guo)影響比較(jiao)大,壓力越(yuè)大其測量(liàng)誤差越小(xiao);實驗介質(zhì)對❌測量誤(wù)差有影🌈響(xiang)。
 
3. 2斯特勞哈(ha)爾數的變(biàn)化
　　誤差産(chǎn)生的原因(yin)是液相的(de)加入使渦(wo)街流量計(jì)的斯🔞特勞(láo)哈爾數Srav不(bú)再是-T個常(cháng)數，而是随(sui)着液相的(de)增加而⛷️變(biàn)化。将實驗(yàn)中不同液(yè)相含率下(xia)得到的Srav進(jìn)行了多項(xiang)☔式拟合,拟(nǐ)合曲😄線如(ru)圖3所示,最(zui)大拟和誤(wù)差爲0. 858%。其中(zhong)Srav爲📱10 次測量(liang)得到Si的算(suan)術平均值(zhi)，sr的計算如(ru)式🤞(3):
Sr=f.d/v???????????(3)
　　其中,f渦(wo)街脫落頻(pín)率;d旋渦發(fā)生體截流(liú)面寬度;v爲(wei)平均流‼️速(su)。
 
4渦街信号(hào)品質分析(xi)
4.1渦街信号(hào)的不确定(dìng)度
　　采用式(shi)(5)對渦街頻(pin)率信号的(de)不确定度(dù)進行分析(xi)。
 
　　式中，f爲10次(ci)測量結果(guo)的平均值(zhi),N爲測量次(cì)數,σ爲不确(què)定度🐕,σ0爲相(xiàng)對不确定(dìng)度。在每個(gè)液相含率(lü)下測量10次(cì)㊙️。
　　實驗結果(guo)如圖4所示(shi)。結果表明(míng),液相的增(zeng)加會影響(xiǎng)✔️渦街脫落(luo)頻率的不(bú)确定度，從(cóng)圖4可以看(kàn)出随着液(ye)相含率不(bu)🔞斷的增加(jia)㊙️,渦街脫落(luo)頻率的不(bú)确定度也(yě)随之變差(chà)。當測量幹(gàn)氣的時候(hou),渦街流量(liang)傳感器的(de)🏃‍♂️不确定度(dù)✔️爲0. 031%, 當液相(xiàng)含率達到(dào)01092 2%時不确定(dìng)度已經達(da)到1. 58% ,增長了(le)将近51倍,可(ke)見液相的(de)存在使渦(wō)街流量傳(chuán)📞感器測量(liang)信号的不(bú)确定度增(zeng)大,因此對(duì)渦街流量(liàng)❄️傳感器進(jin)行誤差修(xiū)正時必須(xu)考慮⛱️液相(xiàng)對測量不(bu)确定度的(de)影響。
 
4.2渦街(jiē)信号質量(liang)分析
　　用一(yī)個參數Sq來(lai)描述渦街(jiē)頻率信号(hào)的品質。
Sq定(dìng)義如下:
 
　　式(shi)中: Ps爲渦街(jiē)頻率帶0. 96 f到(dao)1. 04 f範圍内的(de)能量,其中(zhong)信号能量(liàng)通過☁️譜分(fèn)✉️析獲得。R爲(wèi)總能量減(jiǎn)去Ps後的能(néng)量。如果Sq爲(wei)正，則渦街(jiē)頻率帶的(de)能量大于(yu)其它頻帶(dai)的能量。在(zai)M iau's l和Pankan in'的文章(zhang)中對Sq的定(dìng)義有詳㊙️細(xi)說明。實驗(yan)中利用這(zhe)種方法得(de)到了渦街(jiē)頻率信📱号(hao)品質随💰液(ye)相含率🙇‍♀️變(bian)化的情況(kuang)🤞,如圖5所示(shì)。Sq總的變化(hua)趨勢是随(sui)着液相含(han)率的增加(jia)而迅速減(jiǎn)小,在液相(xiang)含率大于(yú)0106%後s由正變(biàn)負,渦街🈲頻(pín)率帶的能(néng)量❗開始小(xiao)于其它頻(pín)率帶的能(néng)量,信号品(pǐn)質将變得(dé)很差。
 
5實驗(yan)分析
　　從實(shi)驗結果來(lái)看，少量的(de)液相不但(dàn)會使測量(liang)誤差⁉️變大(da),而且還會(huì)使渦街信(xìn)号的品質(zhi)變差。對于(yu)這種現象(xiang)可以從液(yè)滴對氣相(xiang)的湍流調(diao)制的角度(dù)來解釋。圖(tu)6反映了當(dāng)氣相流過(guo)液滴時的(de)情況,可以(yǐ)看出氣相(xiang)流過🏃🏻‍♂️液滴(dī)時會在液(ye)滴的後面(mian)産生尾流(liu)并且🍉在尾(wěi)流中産生(shēng)速度梯度(dù)🐕。，尾流及其(qi)引㊙️起的速(su)度梯❌度會(huì)使流體👉中(zhōng)擾動變大(da),進而影響(xiǎng)到渦街的(de)産生, 通過(guò)實驗證明(ming)擾動的增(zeng)加更有利(li)于渦街的(de)脫落,這樣(yàng)就增大了(le)測量誤差(chà)。管道内壓(yā)力增加會(hui)抑制湍流(liu)度增加,因(yīn)此提高管(guǎn)道内壓力(lì)會降低測(cè)量誤差。渦(wō)街脫落時(shí)會帶動液(ye)滴--起旋轉(zhuan),這樣就會(huì)減弱旋渦(wō)的強度🈲,使(shǐ)渦街信号(hào)變弱。

 
6結論(lun)
　　渦街流量(liang)計雖然已(yǐ)經在單相(xiàng)流測量中(zhong)得到了廣(guǎng)泛的應用(yòng),但在濕氣(qi)條件下應(yīng)用時會出(chū)現許多新(xīn)的問題。通(tōng)過以上的(de)🔴實驗💃🏻研究(jiu)表明,濕氣(qì)條件下,液(ye)🈚柞含率的(de)增加⛹🏻‍♀️不隻(zhī)是影響渦(wo)街脫落頻(pin)率從而使(shi)測量精度(du)下降,而且(qiě)對于渦街(jie)頻率信号(hào)的品質也(yě)會有直按(an)影響,這種(zhong)影響随着(zhe)液相含率(lǜ)的增加而(er)增加。

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