摘要：蒸汽流量(liàng)量值體系的溯(sù)源是保證蒸汽(qì)流量測量準确(que)的關鍵。基于流(liú)體力學、熱力學(xué)以及渦街流量(liàng)計旋渦的💋産生(sheng)機理，分析不同(tóng)介質對渦街流(liu)量計的🏃‍♂️計量特(te)性的影♌響，介質(zhi)粘度的不同導(dao)緻了🚩三種介質(zhì)測試下雷諾數(shù)的不同，影響到(dào)🔱斯特勞哈數差(chà)異。但對渦街流(liú)量計的儀表系(xì)數影響不大，可(ke)📐忽略其影響。介(jie)⁉️質粘度的不同(tong)會導緻流量範(fàn)圍的不同。該分(fen)析将有利于提(tí)高渦街流量計(ji)測量蒸汽流量(liàng)的計量精度。
1 蒸(zhēng)汽介質的影響(xiang)因素
　　所謂渦街(jie)流量計(亦稱旋(xuán)渦流量計)，其工(gōng)作機理是“卡門(mén)渦街”，是💃一類流(liú)體振蕩式的測(ce)量儀器。“卡門渦(wō)街”的原理是：待(dai)測管道流🔱體中(zhōng)放進一根(或數(shù)根)非流線型截(jie)面的旋渦發生(shēng)體，等🌂到雷諾數(shu)到達特定數值(zhí)，在旋渦發生體(tǐ)兩側分離出兩(liǎng)串交錯有序的(de)旋渦，此過程具(ju)有交替性，我們(men)将這種🚶旋渦叫(jiao)作卡門渦街[3]。在(zai)特定雷諾數範(fan)圍之間，旋渦的(de)分離🐆頻率💃同旋(xuán)渦發生體與管(guan)道的幾何尺寸(cun)息息相關。數據(ju)表明，旋渦的分(fen)離頻♊率同流量(liàng)存在正相關性(xing)，此頻率可通過(guo)🔅傳感器獲得。以(yi)上渦街流量計(jì)與卡門渦☔街的(de)關系可從圖1看(kàn)出，二者有如下(xia)邏輯關系：

式中(zhōng)：
f 爲旋渦分離頻(pín)率，Hz ；
Sr爲斯特勞哈(hā)爾數；
U1爲旋渦發(fā)生體兩側的平(píng)均流速，m/s ；
d爲旋渦(wō)發生體迎流面(mian)的寬度，m；
U爲被測(cè)介質來流的平(píng)均流速，m/s ；
m爲旋渦(wō)發生體兩側弓(gōng)形面積與管道(dao)橫截面面積🤟之(zhi)👈比。不🔱可壓縮流(liu)體中，由于流體(tǐ)密度?不變，由連(lián)續性方程可得(dé)到🔞：m=U/U1 。

式(shì)中：
K爲渦街流量(liàng)計的儀表系數(shu)，1 /m3。
　　通過式（3）不難看(kàn)出，儀表系數K是(shì)渦街流量計的(de)計量特🤟性的定(dìng)量表征，數據表(biǎo)明，其儀表系數(shu)隻和其機械結(jie)構與斯特勞哈(hā)爾數有關，同來(lái)流流量并無相(xiang)關性。
蒸汽對渦(wo)街流量計計量(liang)特性存在較大(da)影響。可總⁉️結爲(wèi)三個方🤞面：
第一(yi)，從公式（3）中能夠(gou)得出，機械結構(gou)尺寸D、m、d 以及斯特(tè)勞哈爾數Sr這🔞些(xie)參數與K值大小(xiao)存在較大關聯(lian)性。基于物理原(yuan)理研究發現，在(zài)流體介質條件(jiàn)存在差異情況(kuàng)下，機械結構尺(chi)寸的改變一般(bān)是與溫度的改(gǎi)變引發的🏃🏻‍♂️熱脹(zhàng)冷縮效應息息(xī)相關。
第二，雷諾(nuo)數對斯特勞哈(ha)爾數Sr産生較大(da)影響，前者又與(yǔ)粘度密切相關(guan)，而粘度的差異(yi)性又取決于流(liú)體的差異，既而(er)引發斯特勞哈(ha)爾數Sr的區别。
第(dì)三，公式（3）的推導(dǎo)過程是以不可(ke)壓縮流體爲前(qián)提的，當換作氣(qì)體介質時，由于(yu)可壓縮性的區(qu)别或許會引發(fā)儀表系數産生(sheng)誤💘差。以上三個(ge)因素對于渦街(jiē)流量計的影響(xiang)将在下一節進(jin)一步探讨。
2 蒸汽(qì)介質斯特勞哈(ha)爾數的影響
　　嚴(yán)格而言，斯特勞(lao)哈爾數是一種(zhong)相似準則，是在(zài)讨論流體力學(xué)中物理相似和(he)模化是引入的(de)概念[4]。其✨是用來(lái)表征旋渦頻率(lǜ)和阻流體特征(zhēng)尺寸、流速關系(xi)的。在特定雷諾(nuò)數區❗間中，旋渦(wō)的分離頻率和(hé)旋渦發生體與(yǔ)管道的✍️幾何尺(chi)寸密切相關，換(huàn)言之斯特勞哈(ha)數可視爲定量(liàng)。由圖2可看出，在(zai)💘Re D=2×104 7×106區間内，斯特勞(láo)哈數是定值，此(ci)也是儀表的🙇🏻正(zhèng)常工作區間。
　　現(xiàn)實情形下，Sr即便(biàn)在Re D=2×104 7×106區間内，也與(yu)Re D的改變發生變(biàn)化，參⁉️照1989年日本(ben)制訂的渦街流(liu)量計工業标準(zhǔn)JISZ8766《渦街流量計——流(liú)量測量方法》。2002年(nián)加以修訂，把渦(wō)街流量計發💋生(shēng)體的🐕固定形式(shi)歸爲兩種，《标準(zhǔn)》規定㊙️的旋渦設(shè)計，發生體依🔴據(jù)插入測量管頂(dǐng)端🥵固定與否區(qu)别爲标🐉準1型與(yu)标準2型，它們的(de)Sr值存在較小區(qu)别，詳見表1數據(ju)。


　　标準2型Sr的平均(jun1)值是0.25033，它的标準(zhun)偏差是0.12%；而标準(zhun)1型爲0.3%，現階段我(wǒ)國一般廣泛采(cai)用标準1型。而标(biāo)準2型在日🌈本橫(héng)河儀表研制的(de)⛷️渦街流量計普(pǔ)遍采用。
　　通過雷(lei)諾數的推導公(gōng)式不難得出，檢(jian)測時，蒸汽和✊空(kong)氣因爲粘度的(de)區别，會引發雷(lei)諾數存在差異(yì)。參照一般實驗(yàn)情🔱況下三類流(liú)體介質的工況(kuang)差異，它們的運(yùn)動粘度詳見表(biao)2：

式中：
ρ表征介質(zhì)密度；
D 表征管徑(jìng)；
u 表征流速；η表征(zheng)介質動力粘度(dù)；
v 表征介質運動(dong)粘度。

　　通過以上(shang)各參數數據不(bú)難發現，水的運(yùn)動粘度最低，空(kong)氣最高，蒸汽介(jiè)于二者之間。三(san)者比例是1：15：4。所以(yǐ)若使雷諾數一(yī)緻，應使水的流(liú)速最小，空氣最(zui)大，蒸汽在區間(jian)取值。在對儀表(biao)的系數進行檢(jiǎn)定過程中，通常(chang)應考慮雷諾數(shu)一緻時，真實測(cè)量過程中的差(cha)異性誤差。尤其(qí)在蒸汽的測量(liang)時，儀表✂️量程的(de)選型❤️是參照在(zai)空氣☁️介質下測(cè)量獲得的體積(ji)流量區間🌂與蒸(zheng)汽的密度乘👄積(jī)，推導出蒸汽的(de)體積流量區間(jian)。這種算法會引(yǐn)發差異性介質(zhì)下雷諾數的區(qu)間差異。細緻分(fèn)析上表可得🔆出(chū)，隻要雷諾數在(zai)既定範圍内，檢(jiǎn)定過程中并不(bú)會由于介質的(de)不同造成較大(da)的誤差，這個影(yǐng)響可不考🐉慮。但(dàn)雷諾數不可超(chao)出規㊙️定區間，否(fǒu)則會引發Sr的較(jiao)大差異，造成誤(wù)差。
　　通過表3不難(nán)發現，要得出渦(wō)街流量計基于(yú)最低流量👄的💚限(xian)雷諾😘數，口徑一(yi)緻情況下三類(lèi)介質的最小💞流(liu)速應滿⭕足1.0：4.0：15.0的㊙️大(dà)緻比例。所以不(bú)可以将空氣介(jiè)質下的體積流(liu)量🌍區間等同于(yú)蒸汽介質🌈下的(de)數值。
3 蒸汽介質(zhì)物理特性影響(xiǎng)分析
　　物理學家(jia)範德瓦爾斯特(tè)實驗室中，發現(xian)了水蒸氣的物(wu)理性質，得出氣(qì)體分子間有着(zhe)一定作用力，繼(jì)而推導出氣體(tǐ)的狀态方程以(yi)輔助理論驗證(zhèng)，這就是著名的(de)範德瓦爾斯特(tè)氣體♋狀态方💘程(chéng)[5]。進一步研究發(fa)現，水蒸汽的分(fèn)✂️子的體積🌍和相(xiàng)互的作用力比(bi)較大，無法以理(li)想的氣體狀态(tài)方程加以表征(zheng)。參照範德瓦爾(er)斯特公式（5）的計(jì)算過程：

式中：?
p爲(wei)壓強；
V爲1摩爾氣(qì)體的體積；
R爲普(pǔ)适氣體常數；
a爲(wèi)度量分子間引(yin)力的參數；
b爲1摩(mó)爾分子本身包(bao)含的體積之和(he)。
　　以上公式（5）中因(yin)子a和b的值因氣(qì)體的性質不同(tong)而存在差異，一(yi)般地，氣體的分(fen)子間引力參數(shù)a與b分子體積 表(biao)述如表3所示。

　　氣(qi)體分子間的吸(xi)引力與間距存(cun)在負相關性，也(yě)就💘是📧密度的💚概(gài)念。把此理論使(shi)用在渦街流量(liang)計的測量過程(chéng)中，通過表中的(de)數據不難發現(xian)，水蒸汽分子間(jiān)的吸引力a的數(shu)值較大，相當♉于(yu)氧氣與氮氣的(de)4倍💛多。所以，在測(ce)量實際氣體時(shí)，基📐于同等壓力(lì)條件，水的分子(zi)間的⛷️吸引力的(de)數值較蒸汽與(yu)空氣大得多，而(er)蒸汽又顯著♊大(dà)于空氣。用渦街(jie)流量計進行測(cè)量時，發生體兩(liang)側的位置因爲(wei)流速加♊大，引起(qǐ)靜壓力🈚減小，體(ti)積擴張，流體✂️密(mì)度随之減小，而(ér)💞水介質由于分(fen)子間作用力大(dà)，并無明顯膨脹(zhàng)情況。蒸汽的🈲分(fen)子間的吸引力(li)比空氣大，所🥰以(yǐ)前者膨脹性更(gèng)低，密度🈲變化也(ye)更小。參考流量(liàng)的連續性方程(chéng)得出，因爲空🈲氣(qi)密度變化更大(dà)，所以它的發生(sheng)體兩側的流量(liang)變化較蒸汽介(jie)質更大，所以它(ta)的儀表系數比(bi)蒸汽介質變化(hua)更顯著。

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