離散液相對渦街流量計測量誤差影響-江蘇省孝感尼蓝纺织制造有限责任公司(急速版)

摘要:霧(wu)狀流條件下,離散(sàn)液相對渦街流量(liàng)計 測量誤差的影(yǐng)響。對實驗結果的(de)進一步分析表明(ming)，均相🌈流模型并不(bu)适合于渦街流量(liàng)計在霧狀流中的(de)測量.實驗在多相(xiang)流裝置上口徑爲(wei)50mm的水平管段上進(jìn)行,在保.證氣相流(liú)量不變🏃‍♂️的條件下(xia)，研究了0~01%液相含率(lü)範圍内渦街流量(liàng)計的♊測量誤差,渦(wo)街産生的頻率值(zhí)是通過對模拟信(xìn)号進行傅🏃‍♀️立葉變(biàn)換來獲取的.利用(yong)數值仿真的方法(fa)研究了旋渦發生(shēng)體🏃‍♀️上渦量場的變(bian)化,理論上解釋了(le)霧狀流中渦街流(liú)量計測量誤差産(chǎn)生㊙️的原因。
1引言
　　霧(wù)狀流是化工行業(ye)中常見的一種流(liu)型,表現爲氣相占(zhàn)絕大部分爲連續(xù)相,液相占小部分(fen)爲離散相。目前㊙️用(yòng)到霧狀流測量的(de)🈲流量儀表有孔闆(pan)文丘裏管.内錐渦(wō)街以及渦輪流量(liàng)計其中孔闆和文(wen)丘裏管流量計應(ying)用廣泛,對于其它(ta)幾種流量計在霧(wù)狀流中應用的👅報(bao)道還較少。
　　對于渦(wō)街流量計在霧狀(zhuàng)流中的測量,一些(xie)研究者已經㊙️做過(guo)研究。在油田現場(chǎng)和實驗室的霧狀(zhuang)流條件下對渦街(jiē)流量計進行🏃🏻了實(shi)驗,實驗結果表明(ming)液♌相含量的增加(jia)會明顯💋地增加💁渦(wō)街流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量計的測量(liang)誤差油田現場的(de)高壓條件下🌐對渦(wo)街流量計在霧🌈狀(zhuang)流中的工作情況(kuang)進行了研究以水(shuǐ)蒸汽作爲實驗介(jiè)質對渦街🌈流量計(ji)進行了實驗研究(jiu)，其中蒸汽🌈爲氣相(xiàng).水爲液相🔞。
　　從現有(yǒu)的文獻來看，研究(jiū)渦街流量計測量(liàng)霧狀流的文♻️獻不(bú)多,并且多集中在(zài)研究不同工沉條(tiao)件下渦街流量🌐計(jì)測量誤✏️差上✏️。本文(wén)在多相流裝置上(shàng)常💜壓霧狀流條件(jiàn)下進行🏃‍♂️了實驗,并(bìng)從不同角度對實(shí)😘驗果進行處理，分(fen)析了渦街流量計(ji)的測🐆量誤差。分👌析(xī)表明,在 孔闆流量(liang)計 和文丘裏管流(liu)量計測量霧狀流(liú)時使用的均相流(liu)模型在渦街流量(liang)計測量中并不适(shì)用。通過數值仿真(zhen)方法研究了霧狀(zhuàng)流條件下旋渦發(fā)生體上渦量場的(de)變化,對測量誤差(chà)以及均相流不适(shì)用的原因❗進行了(le)探🐪讨。
2實驗裝置及(ji)方法
2.1實驗裝置(圖(tú)1)

　　空氣壓縮機将空(kong)氣壓縮後送入儲(chu)氣罐,流量計1計量(liàng)氣液混合🐅前儲氣(qì)罐送入管道的氣(qì)體流量。蓄水罐距(jù)離地⭐面30m提供實驗(yan)所需的液相,其流(liu)量由流量💋計2測得(dé)。氣相和液相經混(hun)和器💃🏻混和後送入(rù)實驗管段,最後流(liú)⭐入分離罐✏️将水和(hé)空氣進行分離,空(kōng)氣由放氣閥排出(chu)🙇🏻，水由水泵送回蓄(xu)水罐循環使用。。工(gōng)控機對所有儀表(biǎo)數據進行采集和(hé)顯示并對兩個電(diàn)❌動調節閥進行控(kong)制,調節氣相和液(ye)相的流量
　　實驗所(suo)用的渦街流量計(jì)選擇了一台應用(yong)最多的壓電式渦(wō)街💋流量計,其口徑(jìng)爲50mm,在普通氣體流(liú)量實驗裝🈲置上測(ce)試,其精度爲15%。将渦(wō)街流量計放置在(zai)水✏️平直管段上,其(qi)上下遊直管段長(zhang)度分别爲30D和20D。 壓力(li)變送器 和 溫度變(bian)送器 分别放在渦(wō)街流量計上遊1D和(hé)下遊10D的位置水在(zai)渦街流量計上遊(you)70D的地方注入,混和(he)器安裝在渦街流(liú)量計🌏上遊30D的位置(zhi)
2.2實驗方法
　　實驗的(de)過程中保持氣相(xiàng)流量爲141m3/h,對應的流(liú)速爲20m/s,管🍉道中液相(xiàng)體積含率分别爲(wei)0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以5000Hz的頻率對不同(tong)液相🌈含率下電荷(he)放💞大器産生的正(zheng)弦信号進行采樣(yang),每🏒次采樣💜10組數據(ju),每組數‼️據有104個采(cǎi)樣點🐉,然後把得到(dào)的采樣點進行傅(fu)立葉變換,得🔞到不(bu)同液相含率下渦(wo)街産生的頻率.，不(bú)同液相含率時渦(wo)🏒街信号的頻🔴譜圖(tu)如圖2所☎️示。

3測量誤(wù)差分析
表1爲實驗(yàn)的最終結果。

　　在對(duì)渦街流量計的測(cè)量誤差進行分析(xi)之前,首先在标👈準(zhun)氣😄裝🔴置上對其進(jìn)行了标定,得到了(le)實驗所用渦街流(liú)量計的斯特勞哈(ha)爾數s爲0.291,那麽流過(guo)實驗管段中渦街(jiē)流量計的流量可(ke)用式(1)計算得到。

　　式(shi)中:Qt一實驗段渦街(jie)流量計測得的流(liu)量值;?一頻譜分析(xī)後得到的渦街脫(tuo)落頻率;st一斯特勞(láo)哈爾數;d一旋渦發(fa)生體截流面🤩寬度(du);D一管道直徑.
　　對渦(wo)街流量計的測量(liang)誤差用式(2)來計算(suan):

　　式中:σ一渦街流量(liàng)計的測量誤差，Qt一(yī)-圖1中流量計1測得(de)的标準👨‍❤️‍👨流量值。
　　表(biao)2爲渦街流量計測(ce)量誤差的計算結(jié)果。從表中可以看(kàn)出,渦街流量計的(de)測量誤差随着液(yè)相含率.的增加而(er)增加。當⛷️液相含率(lǜ)從0僅增加到00106%時,渦(wo)街流量計測量誤(wù)差即受到很大的(de)影響,誤差🚩增加了(le)近60倍。當液相含率(lǜ)從00106%增加到.0.0922%時,誤差(cha)變化較爲平緩,液(ye)相☔含率增加了近(jìn)10倍,測量誤差增加(jia)了6倍。

4均相流模型(xíng)下的誤差分析
　　當(dang)氣液兩相流體的(de)速度溫度和化學(xué)勢的平均值與✔️每(mei)一相的速度溫度(dù)和化學勢的數值(zhí)相同時的流動稱(cheng)爲均相流動|4]。符合(hé)均相流流動條件(jian)的氣液兩相混合(he)物可近似看成一(yi)種具有均勻混合(he)密度B的“單相流☂️體(tǐ)”。一些研究者[5~)将霧(wu)狀流視爲👈均相流(liu)流動，并用均相流(liu)模型對孔闆和文(wen)丘裏在霧狀流中(zhong)的測量進行了研(yán)究,取得了較好的(de)結果。本文以均相(xiang)流模型爲依據對(dui)渦街流量計在霧(wù)狀流中的測量誤(wù)差進行了分析。
　　渦(wo)街流量計測量單(dān)相流流量Q的模型(xing)爲:

　　将式(5)代入式(4)最(zuì)後得到了霧狀流(liú)中質量流量的計(jì)❓算公式,式(6)即🔱爲渦(wo)街流量傳感器的(de)均相流模型。

　　式中(zhōng):x一幹度,表示氣液(yè)兩相流中,氣相質(zhì)量流量占兩相質(zhi)量流量的份額;pg和(he)P1一氣相和液相的(de)密度。
在實驗中由(you)式(7)計算流入實驗(yan)管段中的氣液混(hun)合物☔的總體質量(liang)流量。

　　式中:Wmc一流入(rù)實驗管段的氣液(yè)總質量流量;wc一圖(tu)1中标準流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量計1測(ce)得的氣液混合前(qian)氣體質量流量;Wr一(yi)🏃🏻-圖1中标準流量🔞計(jì)2測得的氣液混合(he)前水的質量流量(liang)。
　　實驗管段中渦街(jiē)流量計測得的混(hùn)合流體的質量流(liú)量Wmt通過式(6)計算得(de)到因此最終實驗(yan)管段渦.街流💚量計(ji)的測💰量誤差用💔式(shi)(8)計算,δ爲相對誤差(cha),表示了實驗管段(duàn)中渦街流量計測(cè)量得到的氣液混(hùn)合流體的質量流(liú)量與真實值之間(jiān)的相對誤差。

　　圖3爲(wèi)最後得到的渦街(jie)流量計的測量誤(wu)差,從圖中❗可以看(kan)到，将📞霧狀流看作(zuò)均相流後，,渦街流(liu)量計測量得到的(de)質量流量值與實(shí)際值之間依然存(cun)在有較大的誤差(cha),并且誤差會随着(zhe)旋渦脫落頻率的(de)增加而增加。

5實驗(yàn)結果分析
　　渦量表(biǎo)示了速度場的旋(xuán)轉程度,可以通過(guo)對旋渦發生體📱壁(bì)面渦量場的測量(liang)來判斷旋渦結構(gòu)的強度以及邊界(jie)層✨的卷曲情況。在(zài)前面對液相運動(dòng)情況分析的基礎(chǔ)上，對旋渦發生🐆體(ti)上旋渦形成的變(bian)化進行了分析。通(tong)過數值模拟。觀察(chá)了當氣相中有🤟離(li)散液相存在時旋(xuán)渦發生體壁面上(shàng)⭐渦量的變化。數值(zhí)模拟在流體計算(suan)軟件FUENT上進行,采用(yòng)離散相模型進行(háng)計算。
　　首先對渦街(jiē)流量傳感器沒有(yǒu)液相加入時渦街(jiē)壁面.上渦量的✊變(biàn)化情況進行了記(ji)錄。圖4反映的是當(dang)入口速度爲20m/s時,一(yī)個周期内不同時(shí)刻旋渦發生體壁(bì)面，上渦量的變化(huà)情況,以及當氣體(ti)中注入液體含率(lü)爲0.1%時✍️旋渦發生體(ti)上一個周期内不(bú)✊同時刻的渦量變(biàn)化。未加入液相時(shi)可以看到旋渦在(zai)旋渦發生體上從(cóng)産生⛷️到逐漸長大(dà)最後從旋渦發生(shēng)體上脫落的整個(ge)過程✔️,在開始時刻(kè)邊界層在旋渦發(fā)生㊙️體的銳邊開始(shi)卷積形成旋渦，随(suí)後旋渦逐漸變大(da)🍉,渦量比初始時相(xiang)對減小,最後旋渦(wō)從旋渦發生體上(shàng)脫落,旋渦發生體(ti)壁面.上的渦量變(biàn)爲✏️零。由圖4進⚽行比(bi)較可以🈲明顯地看(kàn)出,在🏃‍♂️加入液相以(yǐ)後液相的存在影(yǐng)響了氣體邊界層(céng)✏️在壁面上的卷積(jī),旋渦發生體上的(de)渦量明顯減小。

　　孔(kǒng)闆和文丘裏管流(liu)量計是利用差壓(yā)原理來進行流量(liàng)🌍測量的⭕，液相的存(cún)在對它們影響較(jiao)小,而渦街流量計(jì)是😘利用檢測流體(ti)經過旋渦發生體(ti)後産生的旋渦頻(pin)率來🏃🏻測量流體流(liú)量的。由對旋渦發(fa)生體上的渦量分(fèn)析表明,液相的存(cún)在影響了旋渦的(de)形成，從而減弱了(le)旋渦強度造成了(le)測量誤差的增加(jia)。
6結論
(1)通過在霧狀(zhuang)流中的實驗表明(ming),離散液相的存在(zai)對📧渦街流量🌈計測(ce)量誤差影響明顯(xian)，在常壓下加入很(hen)少的液相時，渦街(jiē)流量計✂️的誤差就(jiu)會變化很大。
(2)在文(wen)丘裏和孔闆流量(liàng)計中适用的均相(xiàng)流模型并不适👉用(yòng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻于渦街流量計。從(cong)數值模拟的結果(guo)來看,由于離散液(yè)😘相的存在破壞💚旋(xuán)渦發生體上旋渦(wō)的形成,從而導緻(zhi)了🌈渦街流🥵量計測(ce)量誤差的增加。