摘要(yao):霧狀(zhuang)流條(tiao)件下(xia),離散(san)液相(xiang)對渦(wo)街流(liu)量計(ji) 測量(liang)誤差(cha)的影(ying)響。對(dui)實驗(yan)結果(guo)的進(jin)一步(bu)分析(xi)表明(ming)，均☂️相(xiang)流🔱模(mo)❓型并(bing)不适(shi)合于(yu)渦街(jie)流量(liang)計在(zai)霧狀(zhuang)流中(zhong)❌的測(ce)量.實(shi)驗在(zai)多相(xiang)流裝(zhuang)置上(shang)口徑(jing)爲50mm的(de)水平(ping)管段(duan)🧡上進(jin)行,在(zai)保.證(zheng)氣相(xiang)流量(liang)不變(bian)的條(tiao)件✨下(xia)，研究(jiu)了0~01%液(ye)相含(han)率範(fan)圍内(nei)渦街(jie)流量(liang)計的(de)測量(liang)誤差(cha),渦街(jie)産生(sheng)的頻(pin)率值(zhi)是通(tong)過對(dui)模拟(ni)信号(hao)進行(hang)傅立(li)葉變(bian)換來(lai)獲取(qu)的.利(li)用🔅數(shu)值仿(pang)真的(de)方法(fa)研究(jiu)了旋(xuan)渦發(fa)㊙️生體(ti)上渦(wo)量場(chang)的變(bian)化🔆,理(li)論上(shang)解釋(shi)了霧(wu)狀流(liu)中渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)誤差(cha)産生(sheng)的原(yuan)因。
1引(yin)言
　　霧(wu)狀流(liu)是化(hua)工行(hang)業中(zhong)常見(jian)的一(yi)種流(liu)型,表(biao)現爲(wei)氣🧑🏽‍🤝‍🧑🏻相(xiang)占絕(jue)大部(bu)分爲(wei)連續(xu)相,液(ye)相占(zhan)小部(bu)分爲(wei)離散(san)相。目(mu)前用(yong)到霧(wu)狀流(liu)測量(liang)的流(liu)量儀(yi)表有(you)孔闆(pan)文丘(qiu)裏管(guan).内錐(zhui)💃渦街(jie)以🌈及(ji)渦輪(lun)流量(liang)計其(qi)中孔(kong)闆和(he)文丘(qiu)裏管(guan)流量(liang)計應(ying)用廣(guang)泛,對(dui)于其(qi)它🔆幾(ji)種流(liu)量計(ji)在霧(wu)狀流(liu)中應(ying)用的(de)㊙️報道(dao)還較(jiao)少。
　　對(dui)于渦(wo)街流(liu)量計(ji)在霧(wu)狀流(liu)中的(de)測量(liang),一些(xie)研究(jiu)者已(yi)經做(zuo)過研(yan)究。在(zai)油田(tian)現場(chang)和實(shi)驗室(shi)的霧(wu)狀流(liu)條件(jian)下對(dui)渦📐街(jie)流量(liang)計進(jin)行了(le)實驗(yan),實驗(yan)結果(guo)表明(ming)液相(xiang)含量(liang)的增(zeng)加會(hui)明顯(xian)地增(zeng)加渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差油(you)田現(xian)場的(de)高✏️壓(ya)條件(jian)下對(dui)渦街(jie)流量(liang)計在(zai)霧狀(zhuang)流中(zhong)的工(gong)🔴作情(qing)況進(jin)行了(le)研究(jiu)以水(shui)蒸汽(qi)作爲(wei)實❓驗(yan)介質(zhi)對渦(wo)街⭐流(liu)量計(ji)進行(hang)了實(shi)驗研(yan)究，其(qi)中蒸(zheng)汽爲(wei)氣相(xiang).水爲(wei)液相(xiang)🍉。
　　從現(xian)有的(de)文獻(xian)來看(kan)，研究(jiu)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量霧(wu)狀流(liu)的文(wen)獻⭐不(bu)🈲多,并(bing)且多(duo)集中(zhong)在研(yan)究不(bu)同工(gong)沉條(tiao)件下(xia)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量誤(wu)差上(shang)。本文(wen)在多(duo)相流(liu)裝置(zhi)上常(chang)壓霧(wu)狀流(liu)條件(jian)下進(jin)行了(le)實驗(yan),并從(cong)不🐆同(tong)角度(du)對實(shi)驗果(guo)進行(hang)🏃處理(li)，分析(xi)🈲了渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)⭐量誤(wu)差。分(fen)🤞析表(biao)明,在(zai) 孔闆(pan)流量(liang)計 和(he)文丘(qiu)裏管(guan)流量(liang)計測(ce)量霧(wu)狀流(liu)時使(shi)用的(de)均相(xiang)流模(mo)型在(zai)渦🐅街(jie)流量(liang)計測(ce)量中(zhong)并不(bu)适用(yong)。通過(guo)數值(zhi)仿真(zhen)方🍉法(fa)研究(jiu)了💋霧(wu)狀流(liu)條件(jian)下旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)上渦(wo)量場(chang)的變(bian)化,對(dui)測量(liang)誤差(cha)以及(ji)均🔴相(xiang)流不(bu)适用(yong)的原(yuan)因💃🏻進(jin)行了(le)探讨(tao)。
2實驗(yan)裝置(zhi)及方(fang)法
2.1實(shi)驗裝(zhuang)置(圖(tu)1)

　　空氣(qi)壓縮(suo)機将(jiang)空氣(qi)壓縮(suo)後送(song)入儲(chu)氣罐(guan),流量(liang)計1計(ji)量氣(qi)液混(hun)合前(qian)儲氣(qi)罐送(song)入管(guan)道的(de)氣體(ti)流量(liang)。蓄水(shui)罐距(ju)離地(di)面30m提(ti)供實(shi)驗所(suo)需的(de)液相(xiang),其流(liu)量由(you)流量(liang)計2測(ce)得。氣(qi)相和(he)液相(xiang)經混(hun)和器(qi)💃混和(he)後送(song)入實(shi)驗管(guan)段,最(zui)後流(liu)入分(fen)離罐(guan)将水(shui)和空(kong)氣進(jin)行分(fen)離,空(kong)氣由(you)💋放氣(qi)閥排(pai)出，水(shui)由水(shui)泵送(song)回蓄(xu)水罐(guan)循環(huan)使用(yong)。。工控(kong)機對(dui)所有(you)儀💜表(biao)數據(ju)進行(hang)采集(ji)和顯(xian)示并(bing)對兩(liang)個電(dian)動調(diao)節閥(fa)進行(hang)控制(zhi),調節(jie)氣相(xiang)和液(ye)相的(de)流量(liang)
　　實驗(yan)所用(yong)的渦(wo)街流(liu)量計(ji)選擇(ze)了一(yi)台應(ying)用最(zui)多的(de)壓電(dian)式渦(wo)街流(liu)量計(ji),其口(kou)徑爲(wei)50mm,在普(pu)通氣(qi)體流(liu)量實(shi)驗裝(zhuang)🈲置上(shang)測試(shi)✉️,其精(jing)🐪度爲(wei)15%。将渦(wo)街流(liu)量計(ji)放置(zhi)在水(shui)平直(zhi)管段(duan)上,其(qi)上下(xia)遊直(zhi)管段(duan)長度(du)分别(bie)爲30D和(he)20D。 壓力(li)變送(song)器 和(he) 溫度(du)變送(song)器 分(fen)别放(fang)在渦(wo)街流(liu)量計(ji)上遊(you)1D和下(xia)遊10D的(de)位置(zhi)水在(zai)渦街(jie)流量(liang)計上(shang)遊70D的(de)地方(fang)注入(ru),混和(he)器安(an)裝在(zai)渦街(jie)流量(liang)計上(shang)遊🔱30D的(de)位置(zhi)
2.2實驗(yan)方法(fa)
　　實驗(yan)的過(guo)程中(zhong)保持(chi)氣相(xiang)流量(liang)爲141m3/h,對(dui)應的(de)流速(su)爲20m/s,管(guan)道中(zhong)🐇液✉️相(xiang)體積(ji)含率(lü)分别(bie)爲0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以(yi)5000Hz的頻(pin)率對(dui)不同(tong)液相(xiang)含率(lü)下電(dian)荷放(fang)❗大器(qi)産生(sheng)的正(zheng)弦信(xin)号進(jin)行采(cai)樣,每(mei)次采(cai)樣10組(zu)數據(ju),每組(zu)數據(ju)有104個(ge)采樣(yang)點,然(ran)後把(ba)得到(dao)的采(cai)樣點(dian)進行(hang)傅立(li)葉變(bian)換,得(de)到不(bu)同液(ye)相含(han)率下(xia)渦街(jie)産生(sheng)的頻(pin)率.，不(bu)同液(ye)相含(han)率時(shi)渦街(jie)信号(hao)的頻(pin)譜圖(tu)如圖(tu)2所示(shi)。

3測量(liang)誤差(cha)分析(xi)
表1爲(wei)實驗(yan)的最(zui)終結(jie)果。

　　在(zai)對渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差進(jin)行分(fen)析之(zhi)前,首(shou)先在(zai)♊标準(zhun)✌️氣裝(zhuang)⚽置上(shang)對其(qi)進行(hang)了标(biao)定,得(de)到了(le)實驗(yan)所用(yong)渦街(jie)流量(liang)計⭐的(de)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)s爲0.291,那(na)麽流(liu)過實(shi)驗管(guan)段中(zhong)渦街(jie)流量(liang)計的(de)㊙️流量(liang)可用(yong)式(1)計(ji)算得(de)到。

　　式(shi)中:Qt一(yi)實驗(yan)段渦(wo)街流(liu)量計(ji)測得(de)的流(liu)量值(zhi);?一頻(pin)譜分(fen)析後(hou)得到(dao)的渦(wo)街脫(tuo)落頻(pin)率;st一(yi)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu);d一旋(xuan)渦發(fa)生🐅體(ti)截流(liu)面寬(kuan)度;D一(yi)管道(dao)直徑(jing).
　　對渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差用(yong)式(2)來(lai)計算(suan):

　　式中(zhong):σ一渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差，Qt一(yi)-圖1中(zhong)流量(liang)計1測(ce)得的(de)标準(zhun)流♋量(liang)值。
　　表(biao)2爲渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)誤差(cha)的計(ji)算結(jie)果。從(cong)表中(zhong)可以(yi)看📧出(chu),渦街(jie)流量(liang)計的(de)測量(liang)誤差(cha)随着(zhe)液相(xiang)含率(lü).的✨增(zeng)加而(er)增加(jia)。當液(ye)相含(han)率從(cong)0僅增(zeng)加到(dao)00106%時,渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)誤差(cha)即受(shou)到很(hen)大的(de)影響(xiang),誤差(cha)增加(jia)了近(jin)60倍⁉️。當(dang)液相(xiang)含率(lü)從00106%增(zeng)加到(dao).0.0922%時,誤(wu)差❤️變(bian)化較(jiao)爲平(ping)緩,液(ye)相㊙️含(han)率增(zeng)加了(le)近10倍(bei),測量(liang)誤差(cha)增加(jia)了6倍(bei)。

4均相(xiang)流模(mo)型下(xia)的誤(wu)差分(fen)析
　　當(dang)氣液(ye)兩相(xiang)流體(ti)的速(su)度溫(wen)度和(he)化學(xue)勢的(de)平均(jun)值與(yu)每一(yi)相的(de)速度(du)溫度(du)和化(hua)學勢(shi)的數(shu)值相(xiang)同時(shi)的流(liu)動稱(cheng)爲🙇‍♀️均(jun)相流(liu)動|4]。符(fu)合均(jun)相流(liu)流動(dong)條件(jian)的氣(qi)液兩(liang)相混(hun)合物(wu)可近(jin)似看(kan)成一(yi)種🙇🏻具(ju)有均(jun)勻混(hun)合密(mi)度B的(de)“單相(xiang)流體(ti)”。一些(xie)研究(jiu)者[5~)将(jiang)霧狀(zhuang)流視(shi)爲🈲均(jun)相流(liu)流動(dong)，并用(yong)均相(xiang)🔴流模(mo)型對(dui)孔闆(pan)和文(wen)丘裏(li)在霧(wu)狀流(liu)中的(de)測量(liang)進行(hang)了研(yan)究,取(qu)得了(le)較好(hao)的結(jie)果。本(ben)文以(yi)均相(xiang)流模(mo)型爲(wei)依據(ju)對渦(wo)街流(liu)量計(ji)在🔅霧(wu)狀流(liu)中的(de)測量(liang)⭐誤差(cha)進行(hang)了分(fen)析。
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)單相(xiang)流流(liu)量Q的(de)模型(xing)爲:

　　将(jiang)式(5)代(dai)入式(shi)(4)最後(hou)得到(dao)了霧(wu)狀流(liu)中質(zhi)量流(liu)量的(de)計算(suan)公🔞式(shi),式♍(6)即(ji)爲渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)的均(jun)相流(liu)模型(xing)。

　　式中(zhong):x一幹(gan)度,表(biao)示氣(qi)液兩(liang)相流(liu)中,氣(qi)相質(zhi)量流(liu)量占(zhan)兩相(xiang)質量(liang)流量(liang)的份(fen)額;pg和(he)P1一氣(qi)相和(he)液相(xiang)的密(mi)度。
在(zai)實驗(yan)中由(you)式(7)計(ji)算流(liu)入實(shi)驗管(guan)段中(zhong)的氣(qi)液混(hun)合物(wu)的總(zong)體質(zhi)😘量流(liu)量。

　　式(shi)中:Wmc一(yi)流入(ru)實驗(yan)管段(duan)的氣(qi)液總(zong)質量(liang)流量(liang);wc一圖(tu)1中🚶标(biao)準流(liu)⛷️量計(ji)1測得(de)的氣(qi)液混(hun)合前(qian)氣體(ti)質量(liang)流量(liang);Wr一😄-圖(tu)1中标(biao)準流(liu)量計(ji)2測得(de)的氣(qi)液混(hun)合前(qian)水的(de)質量(liang)流量(liang)。
　　實驗(yan)管段(duan)中渦(wo)街流(liu)量計(ji)測得(de)的混(hun)合流(liu)體的(de)質量(liang)流量(liang)Wmt通過(guo)式(6)計(ji)算得(de)到因(yin)此最(zui)終實(shi)驗管(guan)段渦(wo).街流(liu)量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差用(yong)式(8)計(ji)算,δ爲(wei)相對(dui)誤差(cha),表示(shi)了實(shi)驗管(guan)段中(zhong)渦街(jie)流量(liang)計😄測(ce)量得(de)❤️到的(de)氣液(ye)混合(he)流體(ti)的質(zhi)量流(liu)💋量與(yu)真實(shi)😘值之(zhi)間的(de)相對(dui)誤差(cha)。

　　圖3爲(wei)最後(hou)得到(dao)的渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差,從(cong)圖中(zhong)可以(yi)🛀🏻看到(dao)，将🔞霧(wu)狀流(liu)看作(zuo)均相(xiang)流後(hou)，,渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量得(de)♍到的(de)質量(liang)流量(liang)值與(yu)實際(ji)值之(zhi)間依(yi)然存(cun)在有(you)較大(da)的誤(wu)差,并(bing)且誤(wu)差🏃‍♀️會(hui)随着(zhe)旋渦(wo)脫落(luo)頻率(lü)的增(zeng)🔅加而(er)增加(jia)👅。

5實驗(yan)結果(guo)分析(xi)
　　渦量(liang)表示(shi)了速(su)度場(chang)的旋(xuan)轉程(cheng)度,可(ke)以通(tong)過對(dui)旋渦(wo)📐發生(sheng)體壁(bi)面渦(wo)量場(chang)的測(ce)量來(lai)判斷(duan)旋渦(wo)結構(gou)的強(qiang)🔴度以(yi)及邊(bian)界層(ceng)的卷(juan)❓曲情(qing)況。在(zai)前面(mian)對液(ye)相運(yun)動情(qing)況分(fen)析的(de)基礎(chu)上，對(dui)旋渦(wo)發生(sheng)體上(shang)旋渦(wo)形成(cheng)的變(bian)化進(jin)行了(le)分析(xi)。通過(guo)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻數值(zhi)模拟(ni)。觀察(cha)了當(dang)氣相(xiang)中有(you)離散(san)液相(xiang)存在(zai)時旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)壁面(mian)上渦(wo)量的(de)變化(hua)。數值(zhi)模拟(ni)在流(liu)♍體計(ji)算軟(ruan)件FUENT上(shang)進行(hang),采用(yong)離散(san)相模(mo)型進(jin)行計(ji)❗算。
　　首(shou)先對(dui)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器沒(mei)有液(ye)相加(jia)入時(shi)渦街(jie)壁面(mian).上渦(wo)🍉量的(de)變化(hua)情況(kuang)進行(hang)了記(ji)錄。圖(tu)4反映(ying)的是(shi)當入(ru)口速(su)度爲(wei)20m/s時❤️,一(yi)個周(zhou)期内(nei)不同(tong)時刻(ke)旋渦(wo)發生(sheng)體壁(bi)面，上(shang)🔴渦量(liang)的變(bian)化情(qing)況,以(yi)及👈當(dang)氣體(ti)中注(zhu)入液(ye)體含(han)率爲(wei)0.1%時旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)上一(yi)個周(zhou)期内(nei)不同(tong)時刻(ke)的🌈渦(wo)量變(bian)化。未(wei)加入(ru)液相(xiang)時可(ke)以看(kan)到旋(xuan)渦在(zai)旋渦(wo)發生(sheng)體上(shang)從産(chan)✊生到(dao)逐漸(jian)長大(da)最⛷️後(hou)從旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)上脫(tuo)落的(de)整個(ge)過程(cheng),在開(kai)始時(shi)刻邊(bian)界層(ceng)在旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)的銳(rui)邊開(kai)始卷(juan)積形(xing)成旋(xuan)渦，随(sui)後旋(xuan)渦逐(zhu)漸變(bian)大,渦(wo)量比(bi)初🌏始(shi)時相(xiang)對減(jian)小,最(zui)後旋(xuan)渦從(cong)旋渦(wo)發生(sheng)體上(shang)脫落(luo),旋渦(wo)發生(sheng)體壁(bi)面.上(shang)的渦(wo)量變(bian)爲零(ling)。由圖(tu)4進行(hang)比較(jiao)可以(yi)明顯(xian)地看(kan)出🏃‍♂️,在(zai)加入(ru)液相(xiang)以後(hou)液相(xiang)的🛀存(cun)在影(ying)響了(le)氣體(ti)邊界(jie)層在(zai)壁面(mian)上的(de)卷積(ji),旋渦(wo)發生(sheng)體上(shang)的渦(wo)量明(ming)顯減(jian)小。

　　孔(kong)闆和(he)文丘(qiu)裏管(guan)流量(liang)計是(shi)利用(yong)差壓(ya)原理(li)來進(jin)行流(liu)量測(ce)🌈量的(de)，液相(xiang)的存(cun)在對(dui)它們(men)影響(xiang)較小(xiao),而渦(wo)街流(liu)量計(ji)是🐅利(li)用🌂檢(jian)測流(liu)體經(jing)過旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)後産(chan)生🈚的(de)旋渦(wo)頻率(lü)來測(ce)量流(liu)體流(liu)量的(de)。由對(dui)旋渦(wo)發生(sheng)體上(shang)的渦(wo)量🔆分(fen)析表(biao)明,液(ye)相的(de)存在(zai)影響(xiang)了旋(xuan)渦的(de)形💘成(cheng)，從而(er)減弱(ruo)了旋(xuan)渦強(qiang)度造(zao)成了(le)測量(liang)誤差(cha)的增(zeng)加🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。
6結(jie)論
(1)通(tong)過在(zai)霧狀(zhuang)流中(zhong)的實(shi)驗表(biao)明,離(li)散液(ye)相的(de)存在(zai)對渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)誤差(cha)影響(xiang)明顯(xian)，在常(chang)壓下(xia)加入(ru)很少(shao)的液(ye)相時(shi)，渦街(jie)流量(liang)計的(de)誤差(cha)就會(hui)變化(hua)很大(da)。
(2)在文(wen)丘裏(li)和孔(kong)闆流(liu)量計(ji)中适(shi)用的(de)均相(xiang)流模(mo)型并(bing)不适(shi)👈用于(yu)渦街(jie)流量(liang)計。從(cong)數值(zhi)模拟(ni)的結(jie)果來(lai)看,由(you)于離(li)散液(ye)相的(de)存在(zai)破壞(huai)旋渦(wo)發生(sheng)體上(shang)旋渦(wo)的形(xing)✍️成,從(cong)而導(dao)緻了(le)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量誤(wu)差的(de)增加(jia)。

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