1前言(yán)
　　濕氣是由(you)氣體與液(yè)體混合而(ér)成的--種兩(liǎng)相流，其中(zhong)液相♈體積(jī)占🐅一-小部(bù)分爲離散(sàn)相，氣相體(ti)積占到絕(jue)大部分爲(wèi)連續相。在(zai)石油和天(tian)然氣工業(ye)中,經常會(hui)有濕氣産(chan)生。石油工(gōng)業❓要求濕(shī)氣的測🌈量(liang)正确可靠(kào)。濕氣計量(liang)的最終目(mù)🤞的是實現(xian)❓濕氣測量(liang)♻️儀表或系(xi)統能夠實(shí)時檢測出(chu)濕氣中液(yè)相和氣相(xiàng)的含量。
　　目(mu)前濕氣測(ce)量的常用(yòng)方法是将(jiāng)幾種測量(liàng)幹氣的标(biāo)準儀表進(jìn)行組合對(duì)濕氣進行(hang)測量,或直(zhi)接用測量(liàng)幹氣的儀(yí)表對濕氣(qi)進行測量(liang)，并對測量(liang)結果進行(hang)修正,其中(zhong)修正值是(shi)通過實驗(yan)來确定的(de)。多種儀表(biǎo)者被推薦(jiàn)用于濕氣(qi)的測量,目(mù)前用到的(de)流量計有(yǒu)孔闆、文丘(qiu)裏管、渦輪(lun)、渦街和 内(nei)錐式流量(liang)計 。在這些(xiē)流量計中(zhōng),孔闆和文(wén)丘裏管應(ying)用廣泛，并(bìng)已經用于(yu)濕氣的計(jì)量,而對于(yú)其它幾種(zhong)流量計在(zài)濕氣中🐉應(yīng)用的報😍道(dào)還較少。
　　渦(wō)街流量計(ji) 是--種速度(dù)式流量計(jì),利用旋渦(wō)脫落原理(lǐ)制成。其具(ju)體檢測方(fang)‼️法🧑🏽‍🤝‍🧑🏻是:在流(liú)體中放置(zhi)一個旋渦(wo)發生體,流(liú)體流過旋(xuán)渦發生體(ti)時會在其(qi)兩側産生(shēng)旋渦,旋渦(wō)産生的頻(pin)率與流體(ti)的流速成(chéng)❗正比，通過(guò)檢測旋渦(wō)産生的頻(pin)率來達到(dào)檢測流體(tǐ)流速的目(mù)❄️的。渦街流(liú)量計的測(ce)量㊙️精度--般(bān)能達到1.5%,量(liàng)程比爲10: 1。
　　渦(wō)街流量計(ji)已經用于(yu)濕氣的測(ce)量。一款測(cè)量濕氣的(de)儀表,由兩(liǎng)台文丘裏(li)管與一台(tái)渦街流量(liàng)計組合來(lái)測量濕氣(qi)。目前提供(gòng)渦街流量(liàng)計在濕氣(qì)條件下實(shi)驗數🐆據的(de)文獻還較(jiao)❤️少，因此需(xu)要更多的(de)實驗數據(ju)對渦街流(liú)量計在濕(shi)氣條件下(xia)的工作📞情(qíng)況作深入(ru)分析。
濕氣(qì)中液相的(de)存在會加(jia)大渦街流(liú)量傳感器(qi)的測量🌈誤(wu)差⛹🏻‍♀️。目前所(suǒ)查到的文(wén)獻主要集(ji)中在對測(ce)量誤差的(de)研究上,研(yan)🔞究者記錄(lù)了不同工(gōng)況條件下(xia)不同液相(xiang)含率造成(chéng)渦街流量(liàng)傳感器測(cè)量⛱️誤差範(fàn)圍,以♉便對(duì)渦街流量(liàng)計在濕氣(qì)條件下的(de)測量🐉值進(jin)行修正。在(zài)油田現場(chang)和實驗室(shì)的濕氣條(tiao)件下對渦(wo)街流量計(jì)進行了實(shi)🌏驗,實驗結(jié)果表明液(yè)相含量的(de)增加會明(míng)顯增加渦(wo)街✊流量計(ji)的測量誤(wu)🈲差I2);W ashingon( 1991 )在油田(tián)現場的高(gāo)壓條件 下(xia)對渦街流(liu)量計在濕(shi)氣中的工(gōng)作情況進(jìn)行了研 究(jiu)以水蒸汽(qì)作爲實驗(yan)介質對渦(wō)街流量計(jì)進行了實(shi)驗研究,其(qi)中蒸汽爲(wei)氣相，水爲(wei)液相🌐4;NEL實驗(yàn)室在不🤩同(tong)的壓力下(xià)對渦街流(liu)量計測量(liàng)濕氣的誤(wù)🤞差進行了(le)研究。
　　從已(yǐ)有的文獻(xiàn)看，以往的(de)研究工作(zuò)主要集中(zhōng)在觀❌測不(bú)同工況🌈下(xia)渦街流量(liang)計測量濕(shī)氣時測量(liàng)誤差的變(biàn)化情🔱況。本(ben)文通🏃🏻過實(shí)㊙️驗确定了(le)在常壓條(tiao)件下,不同(tong)液相含率(lü)🌍時渦街流(liú)量計對濕(shī)氣的測量(liàng)誤差✊,并經(jīng)出了渦街(jie)信号品質(zhi)随液相含(hán)率的變化(huà)趨勢,最後(hou)讨論了造(zào)成渦街流(liú)量傳感器(qì)在濕氣測(cè)量中㊙️誤差(chà)增大和信(xin)号變壞的(de)原因✏️。
2.實驗(yan)裝置及方(fāng)法低，
21實驗(yan)裝置
　　實驗(yan)介質由已(yi)測定流量(liàng)的空氣和(hé)水組成,其(qi)中空氣爲(wèi)氣相,水爲(wèi)液相,分别(bie)送入管道(dao)混合成濕(shī)氣送⁉️入實(shi)📧驗管段。實(shí)驗裝🛀🏻置如(rú)圖1所示。實(shi)驗裝置由(yóu)空氣💛壓縮(suo)機、儲氣罐(guàn)、蓄水罐、分(fen)離罐流量(liang)計、 壓力變(bian)送器 、 溫度(dù)變送器 、工(gōng)控機和各(ge)種閥門組(zu)成。
 
　　空氣壓(yā)縮機将空(kong)氣壓縮後(hou)送入儲氣(qi)罐,流量計(ji)1測量氣液(ye)混🔞合前儲(chǔ)氣罐送入(ru)管道的氣(qì)體流量。蓄(xù)水罐距離(lí)地面30m,提供(gong)實驗所需(xu)的液相,其(qi)流量由流(liu)量🈚計2測得(de)。氣相和液(ye)相經混合(hé)器㊙️混合後(hòu)送入實驗(yan)管段,最後(hou)流入分離(li)罐将水和(he)空氣進行(háng)分離,空氣(qì)由放氣閥(fa)排出，水由(you)水泵送回(huí)蓄水罐循(xún)環使用。工(gong)控機對所(suǒ)有儀🧑🏽‍🤝‍🧑🏻表數(shù)據進行采(cǎi)集和顯示(shì)并對兩個(gè)電動調節(jie)閥進行控(kòng)♻️制,調節氣(qì)相和液相(xiàng)的流量。實(shi)驗☂️所🔆用的(de)渦街流量(liàng)傳感器 選(xuǎn)擇了一台(tái)應用最多(duo)的壓電式(shì)渦街流量(liàng)傳感器,其(qi)口徑爲50 mm,在(zai)普通氣體(ti)流量實驗(yàn)裝置.上測(ce)試,其精度(du)爲1. 5%。将渦街(jiē)傳感器♉放(fang)置在水平(píng)直管段上(shàng)，其上、下遊(yóu)直管✉️段長(zhǎng)度🐆分别爲(wèi)30D (管道直徑(jing))和20D。 壓力變(bian)送器和溫(wen)度變送器(qì)分别放在(zài)渦街流量(liang)傳感器上(shàng)遊1D和下遊(you)10D的位置。水(shui)在渦街流(liú)量✉️傳感器(qì).上遊70D 處注(zhù)入,混合器(qì)安裝在渦(wō)街流量計(jì).上遊30D 的位(wei)置。
22實驗方(fang)法.
　　實驗過(guo)程中保持(chí)氣相流量(liang)爲141 m³/h,對應的(de)流速爲20 m/s, 管(guan)道中液🌈相(xiàng)體積含率(lü)分别爲:0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以(yi)5000 Hz的頻率對(duì)不同液相(xiàng)含率下電(diàn)荷放大器(qi)産生的☀️正(zheng)弦信号進(jìn)行采樣，,每(měi)次采樣10組(zǔ)數據，每組(zu)數據有✔️104個(gè)采樣點,将(jiāng)得到的采(cǎi)樣點進行(hang)傅裏葉變(bian)換得到不(bu)同液相含(han)率下渦街(jie)産生的頻(pin)譜,如圖2所(suo)示.
 
3液相含(han)率對測量(liang)誤差的影(yǐng)響
31測量誤(wu)差分析
　　爲(wèi)了對渦街(jie)流量計的(de)測量誤差(chà)進行分析(xi),首先在标(biao)準氣裝置(zhi)上進行标(biao)定,得到了(le)其斯特勞(láo)哈爾數爲(wèi)0. 291 ,那麽流過(guo)它的流量(liang)值可用下(xia)式計算、
 
　　其(qí)中，Qt爲實驗(yàn)段渦街流(liu)量計測得(dé)的流量值(zhí);爲渦街脫(tuo)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻落頻率; Sr爲(wèi)🌈斯特勞哈(ha)爾數; d爲旋(xuán)渦發生體(tǐ)截流面寬(kuan)度; D爲管道(dao)直徑。
　　渦街(jiē)流量計測(cè)量誤差可(kě)由”下式計(jì)算:
 
　　其中:y爲(wei)測量誤差(chà);Qc.爲流量計(ji)1見圖1)測得(dé)的.标準流(liu)量值。
　　表1爲(wèi)當注入不(bu)同的液相(xiang)流量時，渦(wō)街流量計(ji)的測☎️量誤(wù)🛀🏻差。Qj,表示注(zhu)入的液體(tǐ)流量，P、爲液(yè)相含率，E,爲(wèi)測量誤差(cha)。從表中可(ke)以很明顯(xian)地看出,液(ye)相流量的(de)增加,使渦(wō)街流量讓(ràng)的測量誤(wu)差增加。
 
　　爲(wei)了更好地(di)比較不同(tóng)工況下渦(wō)街流量傳(chuan)感器測量(liang)誤差的變(biàn)化，表2列出(chu)了不同研(yan)究者的研(yán)究結果😍其(qi)中♻️Test爲本次(cì)實驗結果(guo)。雖然不同(tóng)研究者的(de)實驗條件(jiàn)相差較大(da),但通過表(biao)2仍可以總(zǒng)結出以下(xia)幾條規👅律(lǜ):液相含📱率(lü)越大渦街(jie)測量誤差(chà)越大;管❗道(dao)内壓力🏃🏻對(dui)測量結果(guo)影響比較(jiao)大,壓力越(yuè)大其測量(liang)誤差越👈小(xiao);實驗介質(zhi)對測量誤(wu)差有影響(xiang)。
 
3. 2斯特勞哈(hā)爾數的變(biàn)化
　　誤差産(chǎn)生的原因(yīn)是液相的(de)加入使渦(wō)街流量計(ji)的斯特勞(lao)哈爾數Srav不(bú)再是-T個常(cháng)數，而是随(suí)着液相的(de)增加而⛱️變(bian)化。将實🈲驗(yàn)中不同🏃🏻液(ye)相含率下(xià)得到的Srav進(jìn)行了多項(xiang)式拟合,拟(nǐ)合曲線如(rú)圖3所示,最(zui)大拟和誤(wù)差爲0. 858%。其中(zhōng)Srav爲10 次測量(liang)得🤟到Si的算(suàn)術平均值(zhí)，sr的計算如(rú)式(3):
Sr=f.d/v???????????(3)
　　其中,f渦(wo)街脫落頻(pín)率;d旋渦發(fā)生體截流(liú)面寬度;v爲(wèi)平均♻️流速(su)。
 
4渦街信号(hao)品質分析(xī)
4.1渦街信号(hào)的不确定(ding)度
　　采用式(shi)(5)對渦街頻(pín)率信号的(de)不确定度(du)進行分析(xi)。
 
　　式中，f爲10次(cì)測量結果(guǒ)的平均值(zhí),N爲測量次(ci)數,σ爲不确(que)定度🌐,σ0爲相(xiàng)對不确定(dìng)度。在每個(ge)液相含率(lü)下測量10次(ci)。
　　實驗結果(guǒ)如圖4所示(shì)。結果表明(ming),液相的增(zēng)加會影響(xiang)渦街脫落(luò)頻率的不(bu)确定度，從(cóng)圖4可以看(kan)出随着液(yè)相含率不(bu)💃🏻斷的💔增加(jia),渦街脫落(luo)頻率的不(bú)确定度也(yě)随之變差(chà)。當測量幹(gàn)氣的時候(hou),渦街流量(liang)傳感器的(de)不确定度(du)爲0. 031%, 當液相(xiang)含率達到(dào)🔱01092 2%時不确定(dìng)度已經達(dá)🤟到1. 58% ,增長了(le)将近51倍,可(ke)見液相的(de)存在使渦(wō)街流量傳(chuan)感器測量(liang)信号的不(bú)确定度增(zeng)大,因此對(dui)渦街流量(liàng)💯傳感器進(jìn)行誤差修(xiū)正時必須(xū)考慮液相(xiang)對測量不(bu)✍️确定度的(de)影響。
 
4.2渦街(jie)信号質量(liàng)分析
　　用一(yi)個參數Sq來(lái)描述渦街(jie)頻率信号(hao)的品質。
Sq定(ding)義如下:
 
　　式(shi)中: Ps爲渦街(jie)頻率帶0. 96 f到(dao)1. 04 f範圍内的(de)能量,其中(zhōng)信号能量(liang)通過⛹🏻‍♀️譜分(fen)析獲得。R爲(wèi)總能量減(jiǎn)去Ps後的能(neng)量。如果Sq爲(wei)正，則渦街(jiē)頻率帶的(de)能量大于(yu)其它頻帶(dai)的能量🔆。在(zai)M iau's l和Pankan in'的文章(zhāng)中對Sq的定(dìng)義有詳❗細(xi)說明。實驗(yàn)中利用這(zhè)種方法得(dé)到了渦街(jiē)頻率信号(hào)品質随液(ye)相含率變(bian)化的情況(kuàng),如圖5所示(shì)。Sq總的變化(huà)趨勢是随(suí)着液相含(hán)率的增加(jia)📞而迅速減(jiǎn)小,在液相(xiang)含率大于(yú)0106%後🈲s由正變(biàn)負,渦街頻(pín)率帶的能(neng)量開始小(xiao)于其它頻(pin)率帶的能(neng)量,信号品(pǐn)質将變得(de)很差。
 
5實驗(yan)分析
　　從實(shí)驗結果來(lái)看，少量的(de)液相不但(dàn)會使測量(liang)誤差變大(dà),而且還會(hui)使渦街信(xin)号的品質(zhi)變差。對于(yu)這種現象(xiàng)可以從液(ye)滴對氣相(xiang)的湍流調(diào)制的角度(du)來解釋。圖(tu)6反映了當(dang)🌈氣相流過(guò)液滴時的(de)情🐆況,可以(yi)看出氣相(xiàng)流過液滴(di)時會在液(ye)滴的🐕後面(miàn)産生尾流(liu)并且✌️在尾(wěi)流中産生(shēng)速度梯度(du)🛀。，尾流及其(qí)引起的速(sù)度梯📐度會(huì)使流體中(zhong)🥰擾動變大(da),進而影響(xiang)到渦街的(de)産生, 通過(guò)實驗證明(ming)擾💋動的增(zeng)加更有利(li)于渦街的(de)脫落,這🐅樣(yàng)就增大了(le)測量誤差(cha)。管道内壓(ya)力增加會(hui)抑制湍流(liu)度增🐉加,因(yīn)此提高管(guan)道内壓力(lì)會降低測(ce)量誤差。渦(wō)街脫落時(shí)會帶動液(yè)滴--起旋轉(zhuan),這樣就會(hui)減弱旋渦(wō)的強度,使(shi)渦街信号(hào)變弱。

 
6結論(lùn)
　　渦街流量(liang)計雖然已(yǐ)經在單相(xiang)流測量中(zhōng)得到了廣(guang)泛🔞的應用(yòng),但在濕氣(qi)條件下應(yīng)用時會出(chu)現許多新(xin)的問題。通(tong)過以✨上的(de)實驗研究(jiu)表明,濕氣(qi)條件下,液(ye)柞含率的(de)增加不隻(zhi)是😄影響渦(wo)街脫落📱頻(pin)率從而使(shǐ)測量精度(dù)下降,而且(qie)🈲對于渦街(jie)頻率信号(hào)✊的品質也(ye)會有直按(àn)影響,這種(zhong)影響🏃‍♂️随着(zhe)液相含👅率(lü)的增加而(ér)🚶‍♀️增加。

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