摘要(yào)：蒸汽流量(liàng)量值體系(xì)的溯源是(shì)保證蒸汽(qi)流量測量(liang)🌂準确‼️的🚩關(guān)鍵。基于流(liu)體力學、熱(re)力學以及(ji)渦街💃流量(liang)計旋渦的(de)🈲産生機理(li)，分析不同(tong)介質對渦(wo)街流量計(jì)的計量特(tè)☁️性的影響(xiang)，介質粘度(dù)的不同導(dǎo)緻了三種(zhǒng)介質測試(shì)下雷諾數(shù)的不同，影(ying)響到💚斯特(tè)勞哈數差(chà)異。但對渦(wō)街流量計(ji)的儀表系(xì)數影響不(bu)大，可㊙️忽略(luè)其影響。介(jiè)質粘度的(de)不同會導(dǎo)緻流量範(fàn)圍的不同(tong)。該分析将(jiang)有💘利于提(tí)高渦街流(liú)量計測量(liàng)蒸汽流量(liàng)的計量精(jing)度。
1 蒸汽介(jie)質的影響(xiǎng)因素
　　所謂(wèi)渦街流量(liàng)計(亦稱旋(xuan)渦流量計(jì))，其工作機(ji)理是‼️“卡⭐門(mén)渦街”，是一(yī)類流體振(zhen)蕩式的測(ce)量儀器。“卡(kǎ)門渦街”的(de)原理是：待(dài)測管🛀🏻道流(liú)體中放進(jìn)一根(或數(shù)根)非流線(xian)型✍️截面的(de)旋渦發生(sheng)體，等到雷(lei)諾數到達(da)特定數值(zhí)，在旋渦發(fā)生體兩側(cè)分離出兩(liǎng)串交錯有(you)序的旋渦(wō)，此過程具(ju)有交替性(xìng)，我們将這(zhè)種✏️旋渦叫(jiào)作卡門渦(wo)街[3]。在特✂️定(dìng)雷諾數範(fàn)圍之間，旋(xuán)渦的分離(lí)🤞頻率同旋(xuán)渦發生體(tǐ)與管道的(de)幾何尺寸(cun)息息相關(guān)。數據表明(míng)，旋渦的分(fen)離頻率同(tong)流量存在(zài)正🌈相關性(xìng)，此頻率可(kě)通過傳感(gan)器獲得。以(yǐ)上渦街流(liú)量計與卡(kǎ)門渦街的(de)關系可從(cong)圖1看出，二(èr)者有如下(xia)邏輯💰關系(xi)：

式中：
f 爲旋(xuán)渦分離頻(pín)率，Hz ；
Sr爲斯特(te)勞哈爾數(shù)；
U1爲旋渦發(fa)生體兩側(ce)的平均流(liu)速，m/s ；
d爲旋渦(wō)發生體迎(ying)流面的寬(kuān)度，m；
U爲被測(cè)介質來流(liú)的平均流(liu)速，m/s ；
m爲旋渦(wō)發生體兩(liǎng)側弓形面(miàn)積與管道(dào)橫截面面(mian)積之比。不(bú)可壓縮流(liú)體中，由于(yú)流體密度(du)?不變，由連(lian)續性方程(cheng)可得到：m=U/U1 。

式中：
K爲(wèi)渦街流量(liàng)計的儀表(biǎo)系數，1 /m3。
　　通過(guo)式（3）不難看(kan)出，儀表系(xì)數K是渦街(jie)流量計的(de)計量❤️特性(xing)的定量表(biǎo)征，數據表(biǎo)明，其儀表(biǎo)系數隻和(hé)其機械結(jie)構與斯特(tè)勞哈爾數(shù)有關，同來(lái)流流量并(bing)無相關性(xing)。
蒸汽對渦(wo)街流量計(ji)計量特性(xing)存在較大(da)影響。可總(zǒng)✊結🍓爲三個(gè)方面：
第一(yī)，從公式（3）中(zhong)能夠得出(chu)，機械結構(gou)尺寸D、m、d 以及(ji)斯特勞哈(hā)🐉爾🐆數Sr這🌈些(xie)參數與K值(zhí)大小存在(zài)較大關聯(lian)性。基于物(wu)理原理研(yan)究發現，在(zai)流體介質(zhi)條件存在(zai)差異情況(kuang)下，機械結(jié)構尺寸的(de)改變一般(bān)是與溫度(dù)的改變引(yin)發的熱脹(zhàng)冷縮效應(ying)息息相關(guan)。
第二，雷諾(nuo)數對斯特(te)勞哈爾數(shu)Sr産生較大(da)影響，前者(zhe)🙇🏻又與粘😍度(dù)🌏密切相關(guān)，而粘度的(de)差異性又(yòu)取決于流(liu)體的差異(yì)，既而引發(fā)斯特勞哈(ha)爾數Sr的區(qū)别。
第三，公(gong)式（3）的推導(dao)過程是以(yi)不可壓縮(suo)流體爲前(qián)提的，當💚換(huàn)作氣體介(jie)質時，由于(yú)可壓縮性(xing)的區别或(huò)許會引發(fa)儀表系🈲數(shu)産生誤差(cha)。以上三個(gè)因素對于(yu)渦街流量(liang)☔計的影響(xiǎng)将在🙇‍♀️下一(yi)節🐆進一步(bù)探讨。
2 蒸汽(qì)介質斯特(te)勞哈爾數(shu)的影響
　　嚴(yan)格而言，斯(si)特勞哈爾(er)數是一種(zhong)相似準則(ze)，是在讨論(lùn)流🔅體力學(xué)中物理相(xiang)似和模化(huà)是引入的(de)概念[4]。其是(shi)用來表⁉️征(zhēng)旋渦頻率(lǜ)和📐阻流體(ti)特征尺寸(cùn)、流速關❌系(xi)的。在特定(ding)雷諾數區(qū)🌍間中，旋渦(wo)的分離頻(pin)率和旋渦(wo)發生體♻️與(yu)管道的幾(ji)何尺寸密(mì)切相關，換(huàn)言之斯特(te)勞哈數可(kě)視爲定量(liang)。由圖2可看(kan)出，在Re D=2×104 7×106區間(jiān)内，斯特勞(lao)哈數是定(ding)值，此也是(shì)儀表的☎️正(zheng)常工作區(qu)間🐪。
　　現實情(qing)形下，Sr即便(biàn)在Re D=2×104 7×106區間内(nèi)，也與Re D的改(gai)變發生變(bian)化，參照1989年(nian)日本制訂(dìng)的渦街流(liu)量計工業(ye)标準JISZ8766《渦街(jie)流量計——流(liú)量🐅測量🏒方(fāng)法》。2002年加以(yi)修訂，把渦(wo)街流量計(jì)發生體的(de)固定形式(shì)歸爲兩種(zhong)，《标準》規定(ding)♻️的旋渦設(she)計，發生體(ti)依據插入(rù)測量管頂(ding)端固定與(yǔ)否👄區别爲(wèi)标🧑🏾‍🤝‍🧑🏼準1型與(yu)标準2型，它(ta)們的Sr值存(cún)在較小區(qū)⁉️别，詳見表(biǎo)1數據。


　　标準(zhun)2型Sr的平均(jun1)值是0.25033，它的(de)标準偏差(cha)是0.12%；而标準(zhun)1型爲0.3%，現🍓階(jie)段🌈我✔️國一(yi)般廣泛采(cǎi)用标準1型(xíng)。而标準2型(xíng)在日本橫(heng)河儀表研(yán)🔴制的🈚渦街(jie)流量計普(pǔ)遍采用。
　　通(tōng)過雷諾數(shù)的推導公(gōng)式不難得(de)出，檢測時(shí)，蒸汽和空(kōng)⛱️氣因爲粘(zhan)度的區别(bie)，會引發雷(lei)諾數存在(zai)差異。參照(zhào)一般實驗(yàn)情況下三(sān)類流體介(jiè)質的工況(kuang)差異，它們(men)的運動粘(zhān)度詳見表(biao)2：

式中：
ρ表征(zheng)介質密度(dù)；
D 表征管徑(jing)；
u 表征流速(sù)；η表征介質(zhì)動力粘度(dù)；
v 表征介質(zhi)運動粘度(du)。

　　通過以上(shang)各參數數(shù)據不難發(fā)現，水的運(yun)動粘度最(zuì)低，空氣最(zuì)高，蒸汽介(jiè)于二者之(zhī)間。三者比(bǐ)例是1：15：4。所以(yi)若使🐇雷諾(nuò)數一🈲緻，應(yīng)使水♌的流(liu)速最小，空(kōng)氣最大，蒸(zhēng)汽在區間(jian)取值❄️。在對(duì)儀表的系(xì)數進行檢(jian)定過程中(zhong)，通常應考(kao)慮雷諾數(shu)一緻時，真(zhen)實測量過(guo)程中的差(chà)👅異性誤差(chà)。尤其在蒸(zhēng)汽的測量(liang)時，儀表量(liang)程的選型(xing)是參照在(zài)空氣介質(zhì)下測量獲(huo)得的體積(jī)流量⛱️區間(jiān)與蒸汽的(de)密度乘積(ji)，推導出蒸(zhēng)汽的體積(jī)流量區間(jiān)。這種算法(fa)會引發差(cha)異性介質(zhi)下雷諾🔴數(shu)的區間差(cha)異。細緻分(fen)析上表可(ke)得出，隻要(yao)雷諾數在(zai)既定範圍(wéi)内，檢定過(guo)程中并不(bu)會由💚于介(jiè)質的不同(tóng)造成較大(da)⛷️的誤差，這(zhe)個影響可(ke)不考慮♋。但(dàn)雷諾數不(bú)可超出規(guī)定區間，否(fou)則會引發(fā)Sr的較大差(chà)異，造成誤(wu)差。
　　通過表(biao)3不難發現(xiàn)，要得出渦(wo)街流量計(ji)基于最低(di)流量的限(xian)🤟雷諾數，口(kǒu)徑一緻情(qíng)況下三類(lei)介質的最(zui)小流速應(ying)滿足1.0：4.0：15.0的大(da)緻比例。所(suo)以不可以(yi)将空氣介(jiè)質下的體(ti)積流量區(qū)間等同于(yu)蒸汽介質(zhì)下的數值(zhí)。
3 蒸汽介質(zhì)物理特性(xìng)影響分析(xī)
　　物理學家(jia)範德瓦爾(er)斯特實驗(yàn)室中，發現(xian)了水蒸氣(qi)的物理性(xìng)質，得出氣(qì)體分子間(jian)有着一定(ding)作用力，繼(jì)㊙️而推導出(chū)氣體的狀(zhuàng)态方程以(yǐ)輔助理論(lun)驗證，這就(jiù)是著名的(de)範德💋瓦爾(er)斯特氣體(ti)狀态方程(cheng)[5]。進一步研(yán)究發現，水(shuǐ)♈蒸汽的分(fèn)🔴子的體積(jī)和相互的(de)作用力比(bǐ)較大，無法(fǎ)以理想的(de)氣體狀态(tài)方程加以(yǐ)表征。參照(zhào)範德瓦爾(er)斯特公式(shi)（5）的計算過(guò)程：

式中：?
p爲(wèi)壓強；
V爲1摩(mó)爾氣體的(de)體積；
R爲普(pu)适氣體常(cháng)數；
a爲度量(liang)分子間引(yin)力的參數(shu)；
b爲1摩爾分(fen)子本身包(bāo)含的體積(ji)之和。
　　以上(shang)公式（5）中因(yin)子a和b的值(zhi)因氣體的(de)性質不同(tóng)而存🏃🏻‍♂️在🆚差(cha)異，一般地(di)，氣體的分(fèn)子間引力(li)參數a與b分(fèn)子體積 表(biǎo)述如表3所(suǒ)🈚示。

　　氣體分(fen)子間的吸(xī)引力與間(jiān)距存在負(fu)相關性，也(ye)就是密🈲度(du)的概念。把(bǎ)此理論使(shi)用在渦街(jiē)流量計的(de)測量過程(chéng)中，通過😘表(biao)中♍的數據(ju)不難發現(xiàn)，水蒸汽分(fèn)子間的吸(xī)引力a的數(shù)值較大，相(xiàng)當于氧氣(qi)與氮氣的(de)4倍多。所以(yǐ)，在測量實(shi)際氣體時(shí)，基于同等(deng)壓力條件(jian)，水🔱的分子(zǐ)間的♉吸引(yǐn)力的數值(zhi)較蒸汽與(yu)空氣大得(de)多♌，而蒸汽(qi)又顯💚著大(dà)于空氣。用(yong)渦街流量(liang)計進行測(ce)量時，發生(sheng)體兩側的(de)🍉位置因爲(wei)流速加✍️大(da)，引起靜壓(yā)力減小，體(tǐ)積擴張，流(liú)體密度随(suí)之減小，而(ér)水♊介質由(you)于分子間(jian)作用力大(da)，并無明顯(xiǎn)膨🔞脹情況(kuàng)。蒸汽的🔴分(fen)子🚩間的吸(xi)引力比空(kōng)氣大，所以(yi)前者膨脹(zhang)性更低，密(mì)度變化也(ye)更小。參考(kǎo)流量的連(lián)續性方程(cheng)得出，因爲(wèi)空📐氣密度(dù)變化更大(da)，所以它的(de)發⛹🏻‍♀️生體兩(liang)側的流量(liang)變化較蒸(zhēng)汽介質更(gèng)大，所以它(tā)的儀表系(xi)數比蒸汽(qì)介質變化(huà)更顯著。

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