摘要：蒸(zheng)汽流量(liàng)量值體(tǐ)系的溯(sù)源是保(bao)證蒸汽(qi)流量測(cè)量準确(què)的關鍵(jian)。基于流(liu)體力學(xué)、熱力學(xue)以及渦(wo)街流量(liàng)🌈計旋渦(wo)的㊙️産生(shēng)機理，分(fen)析不同(tong)介質對(dui)渦街流(liu)量計的(de)計量特(tè)性的影(yǐng)💃響，介質(zhì)🏃粘度的(de)不同導(dao)緻了三(sān)種介質(zhì)測試下(xià)雷諾數(shù)的不同(tóng)，影響到(dào)斯特勞(lao)哈數差(chà)異。但對(duì)渦街流(liu)量計的(de)儀表系(xi)數影響(xiang)不大，可(kě)忽略其(qi)影響。介(jie)質粘度(dù)的不同(tóng)會導緻(zhì)流量範(fan)🔞圍的不(bú)同。該分(fen)⭐析将有(yǒu)利于提(ti)高渦街(jie)流📧量計(ji)測量蒸(zheng)汽流㊙️量(liàng)的計量(liang)精度。
1 蒸(zhēng)汽介質(zhì)的影響(xiǎng)因素
　　所(suo)謂渦街(jiē)流量計(ji)(亦稱旋(xuan)渦流量(liang)計)，其工(gōng)作機理(li)是“卡門(men)渦街”，是(shì)一類流(liu)體振蕩(dang)式的測(cè)量儀器(qi)。“卡門渦(wo)街”的原(yuan)理👅是：待(dài)✉️測管道(dào)流體中(zhōng)放進一(yi)根(或數(shu)根)非流(liu)線型截(jie)面的旋(xuan)渦發生(sheng)體，等到(dao)雷諾✌️數(shu)到達特(tè)定數值(zhí)，在旋渦(wō)發生體(tǐ)兩側分(fen)離出兩(liang)串交錯(cuo)有序的(de)旋渦，此(ci)過程具(jù)有交替(ti)性，我們(men)将這種(zhǒng)旋渦叫(jiao)作卡門(mén)渦街[3]。在(zai)特定雷(léi)諾數範(fàn)圍之✨間(jian)，旋渦的(de)分離頻(pín)率⚽同旋(xuan)渦發生(sheng)體與☂️管(guǎn)道的幾(ji)何尺寸(cun)息息相(xiang)關。數據(ju)表明，旋(xuán)渦的分(fèn)離頻率(lǜ)同流量(liang)存在正(zheng)相關性(xing)，此頻率(lǜ)可通過(guò)🥵傳感器(qi)獲得。以(yi)上渦街(jiē)流量計(jì)與卡門(mén)渦街的(de)關系可(ke)從圖1看(kàn)出，二者(zhě)有如下(xià)邏輯🐪關(guān)系：

式中(zhōng)：
f 爲旋渦(wō)分離頻(pin)率，Hz ；
Sr爲斯(si)特勞哈(ha)爾數；
U1爲(wèi)旋渦發(fa)生體兩(liǎng)側的平(ping)均流速(su)，m/s ；
d爲旋渦(wō)發生體(ti)迎流面(mian)的寬度(dù)，m；
U爲被測(cè)介質來(lái)流的平(ping)均流速(su)，m/s ；
m爲旋渦(wo)發生體(tǐ)兩側弓(gōng)形面積(ji)與管道(dao)橫截面(mian)面積之(zhī)比。不🈲可(ke)壓縮流(liu)體中，由(you)于流體(ti)密度?不(bu)變，由連(lian)續性方(fāng)程可得(de)到：m=U/U1 。

式(shi)中：
K爲渦(wo)街流量(liàng)計的儀(yí)表系數(shù)，1 /m3。
　　通過式(shì)（3）不難看(kàn)出，儀表(biao)系數K是(shi)渦街流(liu)量計的(de)計量特(te)性的定(dìng)量表征(zheng)，數據表(biǎo)明，其儀(yí)表系數(shu)隻和其(qi)機械結(jie)構與👣斯(sī)特勞哈(ha)爾數有(you)關，同來(lai)流流量(liang)并無相(xiang)關性。
蒸(zhēng)汽對渦(wō)街流量(liàng)計計量(liàng)特性存(cun)在較大(da)影響。可(ke)總結爲(wèi)三個方(fāng)面：
第一(yī)，從公式(shi)（3）中能夠(gòu)得出，機(ji)械結構(gou)尺寸D、m、d 以(yi)及斯特(tè)勞哈爾(ěr)數Sr這🙇🏻些(xiē)參數與(yu)K值大小(xiao)存在較(jiao)大關聯(lián)性。基于(yu)物❗理原(yuan)📐理研究(jiu)發現，在(zai)流體介(jiè)質條件(jian)存在差(cha)異情況(kuang)下💔，機械(xie)結構尺(chǐ)寸的改(gǎi)變一般(ban)是與溫(wēn)度的改(gǎi)變引發(fā)的⚽熱脹(zhàng)冷縮效(xiao)應息息(xī)相關。
第(dì)二，雷諾(nuò)數對斯(si)特勞哈(ha)爾數Sr産(chan)生較大(da)影響，前(qian)者又與(yu)❌粘度密(mì)切相關(guān)，而粘度(du)的差異(yi)性又取(qǔ)決于流(liú)體的差(chà)異，既而(ér)引發斯(sī)特勞哈(ha)爾數Sr的(de)區别。
第(di)三，公式(shì)（3）的推導(dǎo)過程是(shì)以不可(kě)壓縮流(liu)體爲前(qian)提✂️的，當(dāng)換作氣(qi)體介質(zhi)時，由于(yu)可壓縮(suo)性的區(qu)别或許(xǔ)會引發(fa)儀表系(xi)數産生(shēng)誤差。以(yǐ)上三個(gè)因素對(duì)于渦街(jie)流量⁉️計(ji)的影響(xiǎng)将在下(xia)一節進(jin)一步探(tàn)讨。
2 蒸汽(qi)介質斯(sī)特勞哈(ha)爾數的(de)影響
　　嚴(yán)格而言(yan)，斯特勞(láo)哈爾數(shù)是一種(zhǒng)相似準(zhun)則，是在(zài)讨✨論流(liu)體力學(xué)中物理(lǐ)相似和(hé)模化是(shì)引入的(de)概念[4]。其(qí)是用來(lái)表征旋(xuan)渦頻率(lü)和阻流(liú)體特征(zheng)尺寸、流(liu)速關系(xi)的。在特(tè)定雷諾(nuo)數區間(jiān)中，旋⭕渦(wō)的分離(li)頻率和(he)旋渦發(fa)生體與(yǔ)管道的(de)幾何尺(chǐ)寸🌈密切(qiē)相關，換(huàn)言之斯(si)特勞哈(hā)數可視(shi)爲定量(liang)。由圖2可(ke)看出，在(zài)Re D=2×104 7×106區間内(nèi)，斯特🌏勞(láo)哈數是(shi)定值，此(ci)也是儀(yi)表的正(zheng)常工作(zuo)區間。
　　現(xiàn)實情形(xíng)下，Sr即便(biàn)在Re D=2×104 7×106區間(jiān)内，也與(yǔ)Re D的改變(biàn)發生變(bian)化，參照(zhào)1989年日本(ben)制訂的(de)渦街流(liú)量計工(gōng)業标準(zhun)JISZ8766《渦街流(liu)🏃量計——流(liu)量🔴測量(liang)方法⛱️》。2002年(nián)加以修(xiū)訂，把渦(wo)街流量(liang)計發生(sheng)體的固(gu)定形式(shì)歸爲兩(liang)種，《标準(zhun)》規定的(de)旋渦設(shè)計，發生(shēng)體依據(ju)插入測(ce)量管頂(ding)端固定(ding)與否區(qū)别爲标(biao)準1型與(yu)标準🧑🏾‍🤝‍🧑🏼2型(xíng)，它們的(de)Sr值存在(zai)較小區(qū)📧别，詳見(jian)表1數☁️據(ju)。


　　标準2型(xing)Sr的平均(jun1)值是0.25033，它(tā)的标準(zhǔn)偏差是(shi)0.12%；而标準(zhun)1型爲🌈0.3%，現(xiàn)階段我(wǒ)國一般(ban)廣泛采(cai)用标準(zhǔn)1型。而标(biāo)準2型在(zai)日本橫(heng)河儀表(biǎo)研👅制的(de)渦街⚽流(liú)量計普(pu)遍采用(yong)。
　　通過雷(lei)諾數的(de)推導公(gong)式不難(nán)得出，檢(jiǎn)測時，蒸(zheng)汽和空(kōng)氣因爲(wei)粘🤟度的(de)區别，會(hui)引發雷(léi)諾數存(cún)在差異(yi)。參💛照一(yi)般實驗(yàn)情況下(xia)三類⚽流(liú)體介質(zhì)的工況(kuàng)差異，它(tā)❓們的運(yun)動粘度(dù)詳見表(biao)🔴2：

式中：
ρ表(biao)征介質(zhi)密度；
D 表(biǎo)征管徑(jìng)；
u 表征流(liu)速；η表征(zhēng)介質動(dòng)力粘度(du)；
v 表征介(jiè)質運動(dòng)粘度。

　　通(tong)過以上(shàng)各參數(shu)數據不(bu)難發現(xian)，水的運(yùn)動粘度(dù)最低，空(kong)氣最高(gao)，蒸汽介(jiè)于二者(zhě)之間。三(sān)者比例(lì)是1：15：4。所以(yǐ)若使雷(lei)諾數一(yī)緻，應使(shǐ)水的流(liú)速最小(xiǎo)，空氣最(zuì)大，蒸汽(qì)在區間(jiān)取值。在(zài)對儀表(biǎo)的系數(shù)進行檢(jiǎn)定過程(cheng)中㊙️，通常(cháng)應考慮(lü)雷諾數(shu)一緻時(shí)，真實測(cè)量過程(cheng)中的差(cha)異性誤(wù)差。尤其(qí)在蒸汽(qi)的測量(liang)時，儀表(biǎo)量程的(de)選型是(shì)參照在(zai)空✉️氣♉介(jie)質下測(cè)量獲得(dé)的體積(jī)流量區(qū)間與蒸(zheng)汽的密(mì)度乘🤟積(jī)，推導出(chu)蒸汽的(de)體積流(liu)量區間(jian)。這種算(suàn)法會引(yin)發差異(yì)性介質(zhi)下雷諾(nuo)數的區(qu)間差異(yi)。細緻分(fen)析上表(biao)可得出(chū)，隻要雷(léi)諾數在(zài)既定範(fàn)圍内，檢(jiǎn)定過程(chéng)中并不(bu)會由于(yu)介質的(de)不同🐕造(zào)成較大(dà)的誤差(cha)，這個影(yǐng)響可不(bú)考慮。但(dan)雷諾數(shù)不可超(chāo)出規定(ding)區間，否(fou)則會引(yǐn)發Sr的較(jiao)大差🙇‍♀️異(yi)，造成誤(wù)差。
　　通過(guo)表3不難(nán)發現，要(yao)得出渦(wo)街流量(liàng)計基于(yu)最低流(liu)量的🙇‍♀️限(xiàn)雷諾數(shu)，口徑一(yī)緻情況(kuang)下三類(lèi)介質的(de)最小流(liú)速應滿(mǎn)足1.0：4.0：15.0的大(dà)緻比例(li)。所以不(bú)可以将(jiang)空氣介(jie)質下的(de)體積流(liu)量區間(jiān)等📐同于(yú)蒸汽介(jiè)質下的(de)數值。
3 蒸(zhēng)汽介質(zhi)物理特(te)性影響(xiǎng)分析
　　物(wu)理學家(jiā)範德瓦(wa)爾斯特(tè)實驗室(shì)中，發現(xiàn)了水蒸(zheng)氣的物(wù)理性質(zhì)，得出氣(qì)體分子(zi)間有着(zhe)一定作(zuò)用力，繼(ji)而推導(dǎo)出💔氣體(tǐ)✂️的狀态(tai)方🤩程以(yi)輔助理(lǐ)論驗證(zheng)，這就是(shì)著名的(de)範德瓦(wǎ)爾斯特(te)氣體狀(zhuàng)态方程(chéng)[5]。進一步(bù)研究發(fa)現，水蒸(zhēng)汽的分(fèn)子的體(tǐ)積和相(xiang)互的作(zuò)用力比(bi)較大，無(wu)法以✔️理(lǐ)想的氣(qi)體狀态(tai)方程加(jiā)以表征(zheng)。參照⭐範(fàn)德瓦爾(ěr)斯特㊙️公(gōng)式（5）的計(ji)算過✂️程(cheng)：

式中：?
p爲(wèi)壓強；
V爲(wèi)1摩爾氣(qì)體的體(tǐ)積；
R爲普(pǔ)适氣體(tǐ)常數；
a爲(wei)度量分(fèn)子間引(yin)力的參(cān)數；
b爲1摩(mo)爾分子(zǐ)本身包(bao)含的體(ti)積之和(he)。
　　以上公(gōng)式（5）中因(yin)子a和b的(de)值因氣(qì)體的性(xing)質不同(tong)而存在(zai)差💯異，一(yi)般地，氣(qi)體的分(fèn)子間引(yǐn)力參數(shu)a與b分子(zǐ)體積 表(biǎo)述如表(biao)3所示。

　　氣(qi)體分子(zi)間的吸(xī)引力與(yu)間距存(cún)在負相(xiang)關性，也(ye)就是密(mì)🈲度的概(gai)念。把此(cǐ)理論使(shi)用在渦(wō)街流量(liang)計的測(ce)量過程(chéng)中，通過(guò)表中的(de)數據不(bu)難發現(xian)，水蒸汽(qì)分子間(jian)的吸引(yǐn)力a的🏃🏻‍♂️數(shù)值較😘大(da)，相當🌈于(yú)氧氣與(yǔ)氮氣的(de)4倍多。所(suo)以，在🆚測(ce)量實際(ji)氣體時(shi)，基于同(tóng)等壓力(li)條件，水(shuǐ)的分子(zǐ)間的吸(xi)引力的(de)數值較(jiào)蒸汽與(yu)空氣大(dà)得多，而(er)蒸汽又(yòu)顯著大(da)于空氣(qi)。用渦🤟街(jie)流量計(jì)進行測(ce)量時，發(fā)生體兩(liǎng)側的位(wèi)置因爲(wei)流速加(jia)大，引起(qǐ)靜壓力(li)減🐉小，體(tǐ)積擴張(zhāng)，流體密(mì)度随之(zhi)減小，而(ér)水介質(zhi)由于分(fèn)子間作(zuò)用力大(dà)，并無明(míng)顯膨脹(zhang)情況。蒸(zhēng)汽的🐪分(fen)子間的(de)吸引力(li)比空氣(qì)大，所以(yǐ)前者膨(peng)脹性更(gèng)低，密度(dù)👣變化也(ye)更小。參(can)考流量(liang)的✏️連續(xù)性方程(chéng)得出，因(yin)爲空氣(qi)密度變(bian)化更大(dà)，所以它(tā)的發生(shēng)體兩側(ce)的流量(liang)變化較(jiào)蒸汽介(jie)質更大(da)，所以它(ta)的儀表(biao)系數比(bǐ)蒸汽介(jiè)質變化(huà)更顯著(zhe)。

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