1前(qian)言
　　濕氣是(shi)由氣體與(yu)液體混合(he)而成的--種(zhong)兩相流，其(qi)中液相體(ti)積占一-小(xiao)部分爲離(li)散相，氣相(xiang)體積占到(dao)絕大部分(fen)爲🏃連續相(xiang)。在石油和(he)天然氣工(gong)業中,經常(chang)會有濕氣(qi)産生。石油(you)工業⭐要求(qiu)濕氣的測(ce)量正确可(ke)靠。濕氣計(ji)量的最終(zhong)目的是實(shi)現濕氣測(ce)量儀表或(huo)系統能夠(gou)實時檢測(ce)出濕氣中(zhong)液相和氣(qi)相的含量(liang)。
　　目前濕氣(qi)測量的常(chang)用方法是(shi)将幾種測(ce)量幹氣的(de)标準儀表(biao)進行組合(he)對濕氣進(jin)行測量,或(huo)直接用測(ce)🌍量幹氣的(de)儀表對濕(shi)氣進🏃‍♀️行測(ce)量，并對測(ce)量結果進(jin)行修正,其(qi)中修正值(zhi)是💃🏻通過實(shi)驗來确定(ding)的。多種儀(yi)⛷️表者被推(tui)薦用于濕(shi)氣的測量(liang),目前用到(dao)的流量計(ji)有孔闆、文(wen)丘裏管、渦(wo)輪、渦街和(he) 内錐式流(liu)量計 。在這(zhe)些流量計(ji)中,孔闆和(he)文丘裏管(guan)應用廣泛(fan)，并已經用(yong)于濕氣的(de)計量,而對(dui)于其它幾(ji)種流量計(ji)在濕氣中(zhong)應用的報(bao)道還較少(shao)。
　　渦街流量(liang)計 是--種速(su)度式流量(liang)計,利用旋(xuan)渦脫落原(yuan)理制成。其(qi)具✨體檢測(ce)方法是:在(zai)流體中放(fang)置一個旋(xuan)渦發生體(ti),流體流過(guo)旋渦發💋生(sheng)體時會在(zai)其兩側産(chan)生旋渦,旋(xuan)渦⚽産生的(de)頻率與流(liu)體的流速(su)成正比，通(tong)過檢測旋(xuan)渦産生的(de)頻率來達(da)到檢測流(liu)體流速的(de)目的。渦街(jie)流💛量計的(de)測量精度(du)--般能達到(dao)1.5%,量程比爲(wei)10: 1。
　　渦街流量(liang)計已經用(yong)于濕氣的(de)測量。一款(kuan)測量濕氣(qi)的儀表⁉️,由(you)兩台文丘(qiu)裏管與一(yi)台渦街流(liu)量計組合(he)來測量濕(shi)氣。目前提(ti)供渦街流(liu)量計在濕(shi)氣條件下(xia)實驗數據(ju)的文獻還(hai)較少，因此(ci)需要更多(duo)的實驗數(shu)據對渦街(jie)流量計在(zai)濕氣條件(jian)⁉️下的工作(zuo)情況作深(shen)✉️入分析。
濕(shi)氣中液相(xiang)的存在會(hui)加大渦街(jie)流量傳感(gan)器的測👄量(liang)🌂誤差。目前(qian)所查到的(de)文獻主要(yao)集中在對(dui)測量誤差(cha)的研究上(shang),研究者記(ji)錄了不同(tong)工況條件(jian)下不同㊙️液(ye)相含率造(zao)成渦街流(liu)量傳感器(qi)測量誤差(cha)範圍,以便(bian)對渦街流(liu)量計在濕(shi)氣條件下(xia)的測量值(zhi)進行修正(zheng)。在油田現(xian)場和實驗(yan)室的濕氣(qi)條件下對(dui)渦街流量(liang)計進行了(le)實💚驗,實驗(yan)結果表明(ming)液相含量(liang)的🈲增加會(hui)明顯增加(jia)渦街流量(liang)計的測量(liang)誤差I2);W ashingon( 1991 )在油(you)田現場㊙️的(de)高壓條件(jian) 下對渦街(jie)流量計在(zai)濕氣❌中的(de)工作情況(kuang)進行了🛀研(yan) 究以水蒸(zheng)汽作爲實(shi)驗介質對(dui)渦✂️街流💚量(liang)計進行了(le)實驗研究(jiu),其🚩中蒸汽(qi)爲氣相，水(shui)爲液相🈲4;NEL實(shi)驗室在不(bu)同的壓力(li)下對渦街(jie)流量計測(ce)量濕氣🌈的(de)誤差進行(hang)了研究。
　　從(cong)已有的文(wen)獻看，以往(wang)的研究工(gong)作主要集(ji)中在觀測(ce)不同工況(kuang)下渦街流(liu)量計測量(liang)濕氣時測(ce)量誤差的(de)變化情況(kuang)。本🚩文通過(guo)實驗确定(ding)了在常壓(ya)條件下,不(bu)同液相含(han)率時渦街(jie)流量計對(dui)濕氣的測(ce)量誤差,并(bing)經出了渦(wo)街信号品(pin)質随液🐇相(xiang)含率的變(bian)化趨勢,最(zui)後讨論了(le)造成渦街(jie)流量傳感(gan)器在濕氣(qi)測量中誤(wu)差增大和(he)🔞信号變壞(huai)的原因。
2.實(shi)驗裝置及(ji)方法低，
21實(shi)驗裝置
　　實(shi)驗介質由(you)已測定流(liu)量的空氣(qi)和水組成(cheng),其中空氣(qi)爲氣相,水(shui)爲液相,分(fen)别送入管(guan)道混合成(cheng)濕氣送入(ru)實驗管段(duan)。實驗裝置(zhi)如🛀🏻圖1所示(shi)。實驗裝置(zhi)由空氣壓(ya)縮機、儲氣(qi)罐、蓄水罐(guan)、分離罐流(liu)量計、 壓力(li)變送器 、 溫(wen)度變送器(qi) 、工控機和(he)各種閥門(men)組成。
 
　　空氣(qi)壓縮機将(jiang)空氣壓縮(suo)後送入儲(chu)氣罐,流量(liang)計1測量📧氣(qi)液☂️混合前(qian)儲氣罐送(song)入管道的(de)氣體流量(liang)。蓄水🏃🏻罐距(ju)離地🥰面30m,提(ti)供實驗所(suo)需的液相(xiang),其流量由(you)流量計2測(ce)得。氣相和(he)液相經混(hun)合器混合(he)後送入實(shi)驗管段,最(zui)後流入分(fen)離罐将水(shui)和空🌈氣進(jin)行分離,空(kong)氣由放氣(qi)閥排出，水(shui)由水泵送(song)回蓄水罐(guan)循環使用(yong)。工控機對(dui)所有儀表(biao)數據進行(hang)采集和顯(xian)示并對兩(liang)個電動調(diao)節閥進行(hang)控制,調節(jie)🈲氣相和液(ye)相的流量(liang)。實驗所用(yong)的渦街流(liu)量傳感器(qi) 選擇了一(yi)台應用最(zui)多的壓電(dian)式渦街流(liu)量傳感器(qi),其口徑爲(wei)50 mm,在🏃‍♂️普通氣(qi)體流量實(shi)驗裝置.上(shang)測試,其精(jing)度爲1. 5%。将渦(wo)🔆街傳感器(qi)🐪放置在水(shui)平直管段(duan)上，其上、下(xia)‼️遊直管段(duan)長度分别(bie)爲💛30D (管道直(zhi)徑)和20D。 壓力(li)變送器和(he)溫度變送(song)🐕器分别放(fang)在渦街流(liu)量傳感器(qi)⛹🏻‍♀️上遊1D和下(xia)遊10D的位置(zhi)。水🔴在渦街(jie)流量傳感(gan)器.上遊70D 處(chu)注入,混合(he)器安裝在(zai)渦街流量(liang)計.上遊30D 的(de)位置。
22實驗(yan)方法.
　　實驗(yan)過程中保(bao)持氣相流(liu)量爲141 m³/h,對應(ying)的流速爲(wei)20 m/s, 管道中液(ye)相體🔅積含(han)率分别爲(wei):0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以5000 Hz的頻率(lü)對不同液(ye)相含率下(xia)電荷放大(da)器産生的(de)正♌弦👉信号(hao)進行采樣(yang)，,每次采樣(yang)10組數據，每(mei)組數據有(you)104個采樣點(dian),将得🧑🏾‍🤝‍🧑🏼到的(de)采樣點進(jin)行傅裏葉(ye)變換得到(dao)不同液相(xiang)含率👈下渦(wo)街産生的(de)頻譜,如圖(tu)2所示.
 
3液相(xiang)含率對測(ce)量誤差的(de)影響
31測量(liang)誤差分析(xi)
　　爲了對渦(wo)街流量計(ji)的測量誤(wu)差進行分(fen)析,首先在(zai)标準氣☎️裝(zhuang)置上進行(hang)标定,得到(dao)了其斯特(te)勞哈爾數(shu)爲0. 291 ,那🏃‍♂️麽流(liu)過它的流(liu)量值可用(yong)下式計算(suan)、
 
　　其中，Qt爲實(shi)驗段渦街(jie)流量計測(ce)得的流量(liang)值;爲渦街(jie)脫落頻率(lü); Sr爲⭐斯特勞(lao)哈爾數; d爲(wei)旋渦發生(sheng)體截流面(mian)寬度🐇; D爲管(guan)道直🈲徑。
　　渦(wo)街流量計(ji)測量誤差(cha)可由”下式(shi)計算:
 
　　其中(zhong):y爲測量誤(wu)差;Qc.爲流量(liang)計1見圖1)測(ce)得的.标準(zhun)流量值。
　　表(biao)1爲當注入(ru)不同的液(ye)相流量時(shi)，渦街流量(liang)計的測量(liang)誤差。Qj,表示(shi)注入的液(ye)體流量，P、爲(wei)液相含率(lü)，E,爲測量㊙️誤(wu)差。從表中(zhong)可以很明(ming)顯地看出(chu),液相流量(liang)的增加🎯,使(shi)渦街🈚流量(liang)讓的測量(liang)誤差增加(jia)。
 
　　爲了更好(hao)地比較不(bu)同工況下(xia)渦街流量(liang)傳感器測(ce)量誤差的(de)變化，表2列(lie)出了不同(tong)研究者的(de)研究結果(guo)其中Test爲本(ben)次實驗結(jie)♌果。雖✊然不(bu)同研究者(zhe)的實驗條(tiao)件相差較(jiao)大,但通過(guo)表2仍可以(yi)總結出以(yi)下幾條規(gui)律:液相含(han)率越大渦(wo)街測量誤(wu)差越大;管(guan)道内壓力(li)對測量結(jie)果影響比(bi)較大,壓力(li)越大其測(ce)量誤差越(yue)☁️小;實驗介(jie)質📐對測量(liang)誤差有影(ying)響。
 
3. 2斯特勞(lao)哈爾數的(de)變化
　　誤差(cha)産生的原(yuan)因是液相(xiang)的加入使(shi)渦街流量(liang)計的斯☂️特(te)💃🏻勞哈爾數(shu)Srav不再是-T個(ge)常數，而是(shi)随着液相(xiang)的增❄️加而(er)變化。将實(shi)驗中不同(tong)液相含率(lü)下得到的(de)Srav進行了多(duo)項式拟合(he)🏃,拟合曲線(xian)如圖3所示(shi),最大拟和(he)誤差爲0. 858%。其(qi)中Srav爲🌂10 次測(ce)量得💞到Si的(de)算術平均(jun)值，sr的計算(suan)如式(3):
Sr=f.d/v???????????(3)
　　其中(zhong),f渦街脫落(luo)頻率;d旋渦(wo)發生體截(jie)流面寬度(du);v爲平均🔴流(liu)速。
 
4渦街信(xin)号品質分(fen)析
4.1渦街信(xin)号的不确(que)定度
　　采用(yong)式(5)對渦街(jie)頻率信号(hao)的不确定(ding)度進行分(fen)析。
 
　　式中，f爲(wei)10次測量結(jie)果的平均(jun)值,N爲測量(liang)次數,σ爲不(bu)确定度,σ0爲(wei)相對不确(que)定度。在每(mei)個液相含(han)率下測量(liang)10次。
　　實驗結(jie)果如圖4所(suo)示。結果表(biao)明,液相的(de)增加會影(ying)響渦街🌏脫(tuo)🐅落頻率的(de)不确定度(du)，從圖4可以(yi)看出随着(zhe)液相含率(lü)不斷的增(zeng)加,渦街脫(tuo)落頻率的(de)不确定度(du)也随之變(bian)差。當測☔量(liang)幹氣的時(shi)候,渦街流(liu)👅量傳感器(qi)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼不确定(ding)度爲0. 031%, 當液(ye)相♊含率達(da)到🥰01092 2%時不确(que)定度已經(jing)達到1. 58% ,增長(zhang)了将近51倍(bei),可見液相(xiang)的存在使(shi)渦街流量(liang)傳👣感器測(ce)量信号的(de)不确定度(du)增大,因此(ci)對渦街🚶‍♀️流(liu)量傳感器(qi)進🥰行誤差(cha)修正時必(bi)須考慮液(ye)相對測量(liang)不确定度(du)的影響。
 
4.2渦(wo)街信号質(zhi)量分析
　　用(yong)一個參數(shu)Sq來描述渦(wo)街頻率信(xin)号的品質(zhi)。
Sq定義如下(xia):
 
　　式中: Ps爲渦(wo)街頻率帶(dai)0. 96 f到1. 04 f範圍内(nei)的能量,其(qi)中信号能(neng)量通過譜(pu)分析獲得(de)。R爲總能量(liang)減去Ps後的(de)能量。如果(guo)👅Sq爲正，則渦(wo)街頻率帶(dai)的能㊙️量大(da)于其它頻(pin)帶的能量(liang)🌂。在M iau's l和Pankan in'的文(wen)章中對Sq的(de)定☎️義有詳(xiang)細說明。實(shi)驗中利用(yong)這種方法(fa)🏒得到了渦(wo)街頻率信(xin)号品質随(sui)液相含率(lü)變化的情(qing)況,如圖5所(suo)示。Sq總的變(bian)化趨勢是(shi)随着液相(xiang)❤️含率的增(zeng)加而迅速(su)減小,在液(ye)相含率大(da)于0106%後s由正(zheng)變負,渦街(jie)頻率帶🏒的(de)能量開始(shi)小于其它(ta)頻率帶的(de)能量,信号(hao)品質将變(bian)得很差。
 
5實(shi)驗分析
　　從(cong)實驗結果(guo)來看，少量(liang)的液相不(bu)但會使測(ce)量誤差變(bian)🥵大,而且♊還(hai)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼會使渦街(jie)信号的品(pin)質變差。對(dui)于這種現(xian)象可以從(cong)液滴對氣(qi)相㊙️的湍流(liu)調制的角(jiao)度來解釋(shi)。圖6反映了(le)當氣相流(liu)📧過液滴時(shi)的情況,可(ke)以看出🌈氣(qi)相流過液(ye)滴時會在(zai)液滴的後(hou)面産生尾(wei)流并且😍在(zai)尾流中産(chan)生速度梯(ti)度。，尾流及(ji)其引起的(de)速度梯🚩度(du)會使流體(ti)中擾動變(bian)大,進而影(ying)響到渦街(jie)的🧡産生, 通(tong)過實驗證(zheng)明擾動的(de)增加更有(you)利于渦街(jie)的脫落🔅,這(zhe)樣就增大(da)了測量誤(wu)差。管道内(nei)壓力♻️增加(jia)會抑制湍(tuan)流度增加(jia),因此提高(gao)管道内壓(ya)力會降低(di)測量誤💋差(cha)。渦街脫落(luo)時會帶動(dong)液🈚滴--起旋(xuan)轉,這樣就(jiu)會減弱❄️旋(xuan)渦的強度(du),使渦街信(xin)号變弱。

 
6結(jie)論
　　渦街流(liu)量計雖然(ran)已經在單(dan)相流測量(liang)中得到了(le)廣泛的應(ying)用,但在濕(shi)氣條件下(xia)應用時會(hui)出現許多(duo)新的問題(ti)。通過以上(shang)的實驗研(yan)究表明,濕(shi)氣條件下(xia),液柞含率(lü)的增加不(bu)隻是影響(xiang)渦街脫落(luo)頻率從而(er)使測量精(jing)度下降,而(er)且對于渦(wo)街頻率信(xin)号的品質(zhi)也🔴會有直(zhi)按影響,這(zhe)種影響随(sui)着液相含(han)率的增加(jia)而增加。

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