摘要(yao):霧狀流條(tiao)件下,離散(sàn)液相對渦(wo)街流量計(jì) 測量誤差(cha)的影響。對(duì)實驗結果(guo)的進一步(bù)分析表明(míng)，均♉相🏃‍♀️流模(mo)型并不适(shi)合于渦街(jie)流量計在(zai)霧狀流中(zhōng)的測👣量.實(shí)驗在多相(xiàng)流裝置上(shang)口徑爲50mm的(de)水平管段(duan)上進行👉,在(zài)保.證氣相(xiang)流量不變(bian)的條件下(xia)，研究了0~01%液(ye)相含率範(fàn)圍内渦街(jie)流量計的(de)🏃測量誤差(cha),渦街産生(sheng)✔️的頻率值(zhi)是通過對(duì)模拟信号(hào)進行傅💞立(li)葉變換來(lai)獲取的.利(li)用數值仿(pang)真的方法(fa)研究了旋(xuan)渦發生體(tǐ)上渦量場(chang)的變化,理(li)論上解釋(shì)了霧👈狀流(liu)中渦街流(liú)量計測量(liàng)誤差産生(sheng)的原因。
1引(yǐn)言
　　霧狀流(liú)是化工行(háng)業中常見(jiàn)的一種流(liu)型,表現爲(wèi)氣相占絕(jué)大部分爲(wei)連續相,液(yè)相占小部(bù)分爲離散(san)相。目前用(yong)到霧狀流(liú)測量的流(liú)量儀表有(yǒu)孔闆文丘(qiū)裏管.内錐(zhui)渦街以及(jí)渦輪流量(liang)計其中孔(kǒng)闆和文丘(qiu)裏管流量(liàng)計應用廣(guǎng)泛👅,對于其(qi)它幾種流(liu)量計在霧(wù)狀🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流中應(ying)用的報道(dào)還較少✊。
　　對(dui)于渦街流(liú)量計在霧(wù)狀流中的(de)測量,一些(xie)研究者已(yǐ)經做過研(yan)㊙️究。在油田(tián)現場和實(shí)驗室的霧(wu)狀流條件(jiàn)下對渦街(jie)流量計進(jìn)行了實驗(yan),實驗結果(guǒ)表明液相(xiang)含量的增(zeng)加會明顯(xiǎn)地增加渦(wō)街流🔅量計(jì)的測量誤(wù)差油田現(xiàn)場的高壓(ya)條件下對(duì)渦街流量(liang)計在霧狀(zhuàng)流中的工(gōng)作情況進(jin)行了研究(jiū)以水💜蒸汽(qi)作爲實🌈驗(yàn)介質對渦(wō)街流量計(ji)進行了實(shí)驗研究，其(qí)中蒸汽爲(wei)氣相.水爲(wei)液相。
　　從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看，研究(jiu)渦街流量(liàng)計測量霧(wù)狀流的文(wén)獻不多,并(bìng)且多集中(zhong)在研究不(bú)同工沉條(tiáo)件下渦街(jiē)流量計測(cè)量誤差上(shàng)✏️。本文在多(duo)相流裝置(zhì)上常壓霧(wu)狀流條件(jiàn)下進行了(le)實驗,并從(cong)不同角度(du)對實驗果(guǒ)進行處理(li)，分析了渦(wo)街流量計(ji)的測量誤(wu)差。分析表(biǎo)明,在 孔闆(pan)流量計 和(he)文丘裏管(guan)流量計測(ce)量霧狀流(liu)時使用的(de)均相流模(mó)型在渦街(jiē)流量計測(ce)量中并不(bu)适用。通過(guo)數值仿真(zhēn)方法研究(jiū)了霧狀流(liu)條件下旋(xuán)渦發生體(tǐ)上渦量場(chǎng)的變化,對(duì)測💋量誤差(chà)以及均相(xiàng)流不‼️适用(yòng)的原因👣進(jìn)行了探讨(tǎo)。
2實驗裝置(zhì)及方法
2.1實(shí)驗裝置(圖(tu)1)

　　空氣壓縮(suo)機将空氣(qi)壓縮後送(sòng)入儲氣罐(guàn),流量計1計(ji)量氣液✌️混(hùn)合前儲氣(qì)罐送入管(guǎn)道的氣體(ti)流量。蓄水(shui)罐距離地(di)🔞面30m提供實(shí)驗所📞需的(de)液相,其流(liú)量由流量(liang)計2測得。氣(qì)相和液相(xiang)經混和器(qì)混和後送(sòng)入實驗管(guan)段,最後流(liu)入分離罐(guàn)将水和空(kōng)氣進行分(fèn)離,空氣由(yóu)🏒放氣閥排(pai)出，水由水(shuǐ)泵送回蓄(xù)水罐循環(huán)使用。。工控(kong)🌍機對所有(you)儀✌️表數據(jù)進行采集(jí)和顯示并(bing)對兩個電(dian)🏒動調節閥(fa)進行控制(zhi),調節氣相(xiàng)和液相的(de)流量
　　實驗(yan)所用的渦(wo)街流量計(jì)選擇了一(yī)台應用最(zui)多的壓電(diàn)式✉️渦街流(liu)量計,其口(kou)徑爲50mm,在普(pu)通氣體流(liú)量實😍驗裝(zhuāng)置上測試(shi),其精度爲(wèi)15%。将渦街流(liu)量計放置(zhì)在水平直(zhi)管段上,其(qi)上下遊直(zhí)管段長度(du)分别爲30D和(hé)20D。 壓力變送(sòng)器 和 溫度(du)變送器 分(fen)别放在渦(wo)街流量計(ji)上遊1D和下(xià)遊10D的位置(zhì)水在渦☁️街(jie)流量計上(shàng)遊70D的地方(fāng)注入,混和(hé)器安裝在(zai)渦街流量(liang)計上遊30D的(de)位置
2.2實驗(yàn)方法
　　實驗(yan)的過程中(zhōng)保持氣相(xiàng)流量爲141m3/h,對(dui)應的流速(su)爲20m/s,管道中(zhōng)液㊙️相體積(jī)含率分别(bie)爲0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以5000Hz的頻(pin)率對不同(tong)液相含率(lǜ)下電荷放(fàng)大器産生(sheng)的正弦信(xin)号進行采(cai)樣,每次采(cǎi)樣10組數據(jù),每組數❄️據(ju)有104個采樣(yàng)點,然後把(ba)得到👄的采(cǎi)樣點進行(hang)傅立葉變(bian)換,得到不(bú)同液相含(hán)率下渦街(jie)産生的頻(pín)率.，不同液(yè)相含率時(shí)渦街信号(hào)的頻💜譜圖(tú)如圖2所🌐示(shi)。

3測量誤差(cha)分析
表1爲(wèi)實驗的最(zui)終結果。

　　在(zài)對渦街流(liu)量計的測(ce)量誤差進(jin)行分析之(zhī)前,首先在(zai)标準氣裝(zhuāng)置上對其(qí)進行了标(biao)定,得到了(le)實驗所用(yòng)渦街流量(liàng)計的斯特(te)勞哈爾數(shu)s爲0.291,那麽流(liú)過實驗管(guǎn)段中渦街(jiē)流量計的(de)流量可🍉用(yong)式(1)計算得(de)到。

　　式中:Qt一(yi)實驗段渦(wō)街流量計(jì)測得的流(liú)量值;?一頻(pin)譜分析後(hou)得🍉到的渦(wo)街脫落頻(pín)率;st一斯特(te)勞哈爾數(shù);d一🐕旋渦發(fa)生💘體截流(liu)面✌️寬度;D一(yī)管道直徑(jìng).
　　對渦街流(liú)量計的測(cè)量誤差用(yòng)式(2)來計算(suàn):

　　式中:σ一渦(wō)街流量計(ji)的測量誤(wu)差，Qt一-圖1中(zhong)流量計1測(cè)得的标♈準(zhǔn)流量值。
　　表(biao)2爲渦街流(liu)量計測量(liang)誤差的計(ji)算結果。從(cóng)表中可以(yǐ)看出📐,渦👨‍❤️‍👨街(jie)流量計的(de)測量誤差(chà)随着液相(xiàng)含率.的增(zēng)加而增加(jia)。當💘液相含(han)率從0僅增(zeng)加到00106%時,渦(wō)街流量計(jì)測量❓誤差(cha)即受到很(hen)大的影🈲響(xiǎng),誤差增加(jiā)了近60倍。當(dāng)液相含率(lǜ)從00106%增加到(dao).0.0922%時,誤差變(bian)化較爲平(píng)緩,液相🐕含(han)率增加了(le)近10倍,測量(liàng)誤差增加(jiā)了6倍。

4均相(xiang)流模型下(xià)的誤差分(fèn)析
　　當氣液(yè)兩相流體(ti)的速度溫(wēn)度和化學(xué)勢的平均(jun)值與每一(yī)相的速度(du)溫度和化(hua)學勢的數(shù)值相同時(shí)的💛流動稱(cheng)爲均相流(liu)動|4]。符合均(jun)相流流動(dong)條件的氣(qì)液兩相混(hùn)合物可🆚近(jìn)似看成一(yī)種具有均(jun)勻混合密(mì)度㊙️B的“單相(xiang)流🌍體”。一些(xie)研究者[5~)将(jiāng)霧狀流視(shì)爲🥰均相流(liu)流動，并用(yong)均相流模(mó)型對孔闆(pǎn)和文丘裏(lǐ)在霧狀流(liu)中🔱的測量(liàng)進行了研(yán)究,取得了(le)較好的結(jié)果。本文以(yi)均相流模(mó)型爲依據(ju)✂️對渦街流(liu)量計在霧(wù)狀流中的(de)測🧡量誤差(chà)進行了分(fèn)析。
　　渦街流(liu)量計測量(liàng)單相流流(liu)量Q的模型(xing)爲:

　　将式(5)代(dai)入式(4)最後(hou)得到了霧(wù)狀流中質(zhi)量流量的(de)計算公式(shi)💘,式(6)即爲渦(wō)街流量傳(chuan)感器的均(jun)相流模型(xíng)。

　　式中:x一幹(gàn)度,表示氣(qì)液兩相流(liu)中,氣相質(zhi)量流量占(zhan)😘兩相質量(liang)流量的份(fen)額;pg和P1一氣(qi)相和液相(xiàng)的密度。
在(zai)實驗中由(you)式(7)計算流(liú)入實驗管(guǎn)段中的氣(qì)液混合物(wu)♉的總體質(zhi)量流量。

　　式(shi)中:Wmc一流入(rù)實驗管段(duan)的氣液總(zǒng)質量流量(liang);wc一圖1中标(biao)準流量計(jì)1測得的氣(qi)液混合前(qián)氣體質量(liang)流量;Wr一-圖(tú)1中标準流(liu)量計2測得(dé)的氣液混(hùn)合前水的(de)質量流量(liàng)。
　　實驗管段(duan)中渦街流(liú)量計測得(dé)的混合流(liú)體的質量(liang)流🔞量Wmt通🌈過(guò)✌️式(6)計算得(dé)到因此最(zuì)終實驗管(guǎn)段渦.街流(liú)量計的測(ce)💘量誤🌈差用(yong)式(8)計算,δ爲(wei)相對誤差(cha),表示了實(shí)驗管段中(zhōng)渦街流量(liang)計測量得(de)♈到的氣液(ye)混合流體(ti)的質量流(liú)量與真實(shi)值之間的(de)相對誤差(cha)。

　　圖3爲最後(hòu)得到的渦(wo)街流量計(jì)的測量誤(wu)差,從圖中(zhong)可以看💃🏻到(dao)📐，将霧狀流(liu)看作均相(xiàng)流後，,渦街(jiē)流量計測(ce)量得到的(de)🌈質量流量(liàng)值與實際(ji)值之間依(yī)然存在有(you)較大的誤(wù)差,并且誤(wù)差會随着(zhe)旋渦脫落(luò)頻率的增(zēng)加而增加(jia)。

5實驗結果(guo)分析
　　渦量(liàng)表示了速(su)度場的旋(xuán)轉程度,可(ke)以通過對(dui)旋渦發生(shēng)體壁面渦(wo)量場的測(ce)量來判斷(duàn)旋渦結構(gou)的強度以(yǐ)💯及邊界層(céng)🈲的卷曲情(qíng)況。在前面(miàn)對液相運(yun)動情況分(fen)析的基礎(chu)🏃🏻上，對旋渦(wo)發生體上(shàng)旋渦形成(cheng)的變化進(jìn)行了分析(xi)。通過數值(zhí)模拟。觀察(chá)了當氣相(xiang)中有🧑🏾‍🤝‍🧑🏼離散(sàn)液相存在(zài)時旋渦發(fā)🔴生體壁面(mian)上渦量的(de)變化。數值(zhí)模拟在流(liu)💞體計算軟(ruan)件FUENT上進行(hang),采用離散(sàn)相模型進(jìn)行計🚶‍♀️算。
　　首(shǒu)先對渦街(jiē)流量傳感(gan)器沒有液(yè)相加入時(shí)渦街壁面(miàn).上渦量的(de)變化情況(kuang)進行了記(ji)錄。圖4反映(ying)的是當👄入(rù)口👌速度爲(wèi)20m/s時,一個周(zhou)期内不同(tóng)時刻旋渦(wō)發生體壁(bì)面，上渦量(liàng)的👅變化情(qíng)況,以及當(dāng)氣體🈲中注(zhù)入液體🏒含(han)率爲0.1%時旋(xuan)渦發生🔱體(tǐ)上一個周(zhou)期内不同(tóng)時刻的渦(wo)量變化。未(wèi)加入液相(xiàng)時可以看(kàn)到旋渦在(zài)旋渦發生(shēng)體上從産(chan)🔞生到逐漸(jian)長大最⭕後(hòu)從旋渦發(fa)生📞體上脫(tuo)落的整個(ge)過程,在開(kāi)始時刻邊(biān)界層在旋(xuan)渦發生☎️體(ti)的銳邊開(kai)始卷積🔞形(xing)成旋渦，随(sui)後旋渦逐(zhú)漸變大,渦(wō)量比初始(shi)時相對減(jian)小,最後旋(xuán)渦從旋渦(wō)發生體上(shàng)脫落,旋渦(wō)發生體壁(bi)面.上的渦(wo)量變爲🌐零(líng)。由圖4進行(hang)比較可以(yǐ)明顯地看(kàn)出,在加入(rù)液相以後(hou)液相的⚽存(cún)在影響了(le)氣體邊界(jie)層在壁面(miàn)上的卷積(jī),旋渦發生(sheng)體上的渦(wō)量明顯減(jian)小。

　　孔闆和(he)文丘裏管(guǎn)流量計是(shì)利用差壓(ya)原理來進(jin)行流量測(cè)量的，液相(xiang)的存在對(dui)它們影響(xiǎng)較小,而渦(wō)街流量計(ji)是利用檢(jiǎn)測流體經(jing)過旋渦發(fa)生體後産(chǎn)生的旋渦(wō)頻率來🔴測(ce)量流體流(liu)量的。由對(dui)旋渦發生(sheng)體上的渦(wo)量分析表(biao)明,液相的(de)存在影響(xiǎng)了旋渦的(de)形👅成，從而(ér)減弱☔了旋(xuan)渦強度造(zao)成了測量(liang)誤差的增(zēng)加。
6結論
(1)通(tōng)過在霧狀(zhuàng)流中的實(shí)驗表明,離(li)散液相的(de)存在對渦(wo)㊙️街流量計(jì)測量誤差(chà)影響明顯(xiǎn)，在常壓下(xia)加入很少(shǎo)的液相時(shí)，渦街流🚩量(liang)計的誤差(cha)就會變化(huà)很大。
(2)在文(wén)丘裏和孔(kong)闆流量計(ji)中适用的(de)均相流模(mo)型并不🐆适(shì)用于渦街(jie)流量計。從(cóng)數值模拟(nǐ)的結果來(lai)看,由于離(li)散液相的(de)存在☎️破壞(huai)旋渦發生(sheng)體上旋渦(wo)的形成,從(cóng)而導緻了(le)渦街流量(liàng)計測🔱量誤(wu)差的增加(jia)。

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