摘要(yao):霧狀流條(tiáo)件下,離散(san)液相對渦(wō)街流量計(jì) 測量誤差(cha)的影響。對(duì)實驗結果(guǒ)的進一步(bu)分析表明(míng)，均相♊流模(mó)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(shàng)口徑爲50mm的(de)水平管段(duàn)上進行,在(zai)保.證氣相(xiàng)流量不變(biàn)的條件下(xià)，研究了0~01%液(ye)相含率範(fan)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(dui)模拟信号(hào)進行傅立(li)葉變換來(lai)獲取的.利(lì)用數值仿(pang)真的方法(fa)♊研究了旋(xuán)渦發生體(ti)上渦量場(chǎng)的變化,理(li)論上解釋(shi)了霧狀流(liu)中渦街流(liu)量計測量(liàng)誤差産生(shēng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的原因。
1引(yin)言
　　霧狀流(liú)是化工行(háng)業中常見(jian)的一種流(liú)型,表現爲(wèi)氣💔相占絕(jué)大部分爲(wei)連續相,液(yè)相占小部(bu)分爲離散(sàn)相。目前🤩用(yòng)到霧狀流(liu)測量的流(liu)量儀表有(you)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(liang)計應用廣(guang)泛,對于其(qí)它幾種流(liú)量計在霧(wu)狀🐇流中應(yīng)用的🥰報道(dào)還較少✍️。
　　對(duì)于渦街流(liú)量計在霧(wu)狀流中的(de)測量,一些(xie)研究者已(yi)經做過💘研(yán)究。在油田(tián)現場和實(shí)驗室的霧(wu)狀流條件(jiàn)下對渦街(jiē)流💯量計進(jìn)行了實驗(yàn),實驗結果(guo)表明液相(xiàng)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(yā)條件下對(duì)渦街流量(liàng)計在霧狀(zhuàng)流中的工(gōng)作情況進(jin)行了研究(jiu)以水蒸汽(qì)作爲實驗(yàn)介質對渦(wō)街🌍流量計(ji)進行了實(shí)驗研究，其(qi)中蒸汽爲(wei)氣相.水👅爲(wèi)液相🌈。
　　從現(xian)有的文獻(xian)來看，研究(jiu)渦街流量(liang)計測量霧(wu)狀流的文(wen)🏃🏻獻不多,并(bìng)且多集中(zhōng)在研究不(bu)同工沉條(tiáo)件下渦街(jiē)流量計測(ce)㊙️量誤差上(shàng)。本文在多(duō)相流裝置(zhi)上常壓霧(wù)狀流條件(jian)下進行了(le)實驗,并從(cóng)不同角度(dù)對實驗果(guo)進行☀️處理(li)，分析了渦(wo)街流量計(jì)的測⛹🏻‍♀️量誤(wù)差。分⭐析表(biǎo)明,在 孔闆(pan)流量計 和(hé)文丘裏管(guan)流量計測(cè)量霧狀流(liu)時使用的(de)均相流模(mo)型在渦街(jiē)流量計測(ce)量中并不(bú)适用。通過(guo)數值仿真(zhen)方法研究(jiū)了🐆霧狀流(liu)條件下旋(xuan)渦發生體(ti)上渦量場(chang)的變化,對(dui)測💚量誤差(cha)以及均相(xiàng)流不适用(yong)的原因進(jìn)行了探讨(tao)。
2實驗裝置(zhì)及方法
2.1實(shi)驗裝置(圖(tu)1)

　　空氣壓縮(suō)機将空氣(qi)壓縮後送(sòng)入儲氣罐(guan),流量計1計(ji)量氣👈液混(hùn)合🈚前儲氣(qì)罐送入管(guan)道的氣體(ti)流量。蓄水(shuǐ)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(liàng)計2測得。氣(qi)相和液相(xiang)經混和器(qi)混和後送(sòng)入實驗管(guan)段,最後流(liú)入分離罐(guan)💋将水和空(kong)氣進行分(fèn)離,空氣由(you)放氣閥排(pai)出，水由水(shui)泵送💘回蓄(xù)水罐循環(huán)使用。。工控(kong)機對所有(yǒu)儀表數據(ju)進行采集(ji)和顯示并(bing)對兩個電(diàn)動調節閥(fá)🈲進行控制(zhì),調節氣相(xiang)和液相的(de)流量
　　實驗(yan)所用的渦(wo)街流量計(ji)選擇了一(yi)台應用最(zuì)多的壓電(diàn)❄️式渦街💃流(liú)量計,其口(kǒu)徑爲50mm,在普(pǔ)通氣體流(liú)量實❌驗裝(zhuang)置上測試(shi),其精💃🏻度爲(wei)🐕15%。将渦街流(liú)量計放置(zhi)在水平直(zhi)管段上,其(qi)上下遊🚶直(zhí)管段長度(dù)分别爲30D和(he)20D。 壓力變送(song)器 和 溫度(du)變送器 分(fèn)别放在渦(wō)街流量計(jì)上遊1D和下(xia)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(liàng)計上遊30D的(de)位置
2.2實驗(yàn)方法
　　實驗(yàn)的過程中(zhong)保持氣相(xiàng)流量爲141m3/h,對(dui)應的流速(sù)爲20m/s,管道🌈中(zhōng)液相體積(jī)含率分别(bié)爲0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以5000Hz的頻(pín)率對不同(tong)液相含率(lü)下電荷放(fang)👈大器産生(shēng)的正弦信(xin)号進行采(cǎi)樣,每次采(cǎi)樣10組數據(ju),每組數據(ju)有104個采樣(yang)點,然後把(ba)得到的采(cai)樣點進行(háng)傅立葉變(bian)換,得到不(bú)同液相含(han)率下渦街(jiē)産生的頻(pín)率.，不同液(yè)相含率時(shi)渦🛀街信号(hào)的頻譜圖(tu)如圖2所示(shi)。

3測量誤差(cha)分析
表1爲(wei)實驗的最(zuì)終結果。

　　在(zài)對渦街流(liu)量計的測(cè)量誤差進(jìn)行分析之(zhī)前,首先🔴在(zài)标準氣裝(zhuāng)置上對其(qí)進行了标(biao)定,得到了(le)實驗所用(yong)渦街流量(liàng)計的斯特(tè)勞哈爾數(shu)s爲0.291,那麽流(liu)過實驗♍管(guan)段中渦街(jiē)流量計的(de)流量可用(yòng)式(1)計算得(de)到。

　　式中:Qt一(yi)實驗段渦(wo)街流量計(ji)測得的流(liú)量值;?一頻(pín)譜分析後(hòu)🌍得到的渦(wo)街脫落頻(pín)率;st一斯特(te)勞哈爾數(shu);d一旋渦發(fā)生體截流(liu)面寬度;D一(yi)管道直徑(jing).
　　對渦街流(liu)量計的測(ce)量誤差用(yong)式(2)來計算(suàn):

　　式中:σ一渦(wo)街流量計(jì)的測量誤(wù)差，Qt一-圖1中(zhōng)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(cong)表中可以(yǐ)📧看出,渦🏒街(jiē)流量計的(de)測量誤差(cha)随着液相(xiang)含率.的增(zeng)加🥰而增加(jia)。當液相含(hán)率從0僅增(zēng)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(xiang),誤差增加(jiā)了近60倍。當(dāng)液相含率(lü)從00106%增加到(dao).0.0922%時,誤差變(biàn)化較爲☔平(píng)緩,液相含(han)率增加了(le)近10倍,測量(liang)誤差增加(jia)了6倍🍓。

4均相(xiàng)流模型下(xia)的誤差分(fèn)析
　　當氣液(yè)兩相流體(tǐ)的速度溫(wen)度和化學(xue)勢的平均(jun1)值與每一(yī)相的速度(dù)溫度和化(huà)學勢的數(shù)值相同時(shi)的💘流動🐆稱(chēng)爲均相流(liú)動|4]。符合均(jun1)相流流動(dong)條件的氣(qì)液兩相混(hun)合物可近(jìn)似看成一(yi)種具有均(jun)勻混合密(mì)度B的“單相(xiàng)流體”。一些(xie)研究者[5~)将(jiang)霧狀流視(shì)爲均相流(liú)流動，并用(yòng)均相流模(mo)型對孔闆(pan)和文丘裏(li)在霧狀流(liu)中✊的測量(liàng)進行了㊙️研(yán)究,取得了(le)較😄好的結(jie)果。本文以(yi)均相流模(mó)型爲依據(ju)對渦街流(liú)量計在霧(wu)狀流中的(de)測量誤差(cha)進行了分(fen)析🎯。
　　渦街流(liu)量計測量(liang)單相流流(liu)量Q的模型(xíng)爲:

　　将式(5)代(dai)入式(4)最後(hou)得到了霧(wu)狀流中質(zhì)量流量的(de)計算公式(shi),式(6)即🥰爲渦(wo)街流量傳(chuán)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(liú)中,氣相質(zhi)量流量占(zhàn)💁兩相質量(liàng)✏️流量的份(fen)額;pg和P1一氣(qì)相和液相(xiàng)的密度。
在(zai)實驗中由(you)式(7)計算流(liu)入實驗管(guan)段中的氣(qì)液混合物(wù)的總體質(zhì)量流量。

　　式(shì)中:Wmc一流入(ru)實驗管段(duan)的氣液總(zǒng)質量流量(liàng);wc一圖1中标(biāo)準流量計(ji)1測得的氣(qì)液混合前(qián)氣體質量(liàng)流量;Wr一-圖(tú)1中标準流(liu)量計2測🔞得(de)的氣液混(hùn)合前水的(de)質量流量(liang)。
　　實驗管段(duàn)中渦街流(liú)量計測得(dé)的混合流(liu)體的質量(liàng)🔆流量Wmt通過(guò)⚽式🚶‍♀️(6)計算得(de)到因此最(zuì)終實驗管(guan)段渦.街流(liu)量計的測(cè)🌐量誤差用(yòng)式(8)計算,δ爲(wei)相對誤差(chà),表示了實(shi)驗管段中(zhōng)渦街流量(liàng)計測量得(de)到的氣🔞液(yè)混合流體(ti)🈚的質量流(liu)量與真實(shí)值之間的(de)相對誤差(chà)。

　　圖3爲最後(hou)得到的渦(wō)街流量計(ji)的測量誤(wù)差,從圖中(zhōng)可以看到(dao)，将霧狀流(liú)看作均相(xiang)流後，,渦街(jiē)流量計測(cè)量得到的(de)♋質量流量(liàng)值與實際(jì)值之間依(yi)然存在有(you)較大的誤(wu)差,并且誤(wù)差🔅會随着(zhe)旋渦脫落(luo)頻率的增(zēng)加而增加(jia)。

5實驗結果(guǒ)分析
　　渦量(liang)表示了速(sù)度場的旋(xuán)轉程度,可(kě)以通過對(dui)旋渦🐅發♻️生(shēng)體壁面渦(wo)量場的測(cè)量來判斷(duàn)旋渦結構(gòu)的強度以(yi)及邊界層(ceng)的卷曲情(qing)況。在前面(miàn)對液相運(yùn)動情況分(fèn)析的基礎(chǔ)上，對旋渦(wo)發生體上(shang)旋♈渦形成(chéng)的變化進(jin)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(zai)時旋渦發(fa)生體壁面(miàn)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(gǎn)器沒有液(ye)相加入時(shí)渦街壁面(mian).上渦量的(de)變化情況(kuàng)進行了記(jì)錄。圖4反映(ying)的是當入(rù)口速度爲(wei)20m/s時,一個周(zhou)期🏃‍♂️内不同(tong)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(wō)量變化。未(wei)加入液相(xiang)時可以看(kan)到旋🥰渦在(zài)旋渦發🔞生(sheng)體上從産(chan)生到逐漸(jian)長大最後(hou)從旋渦發(fa)生💃體上🔴脫(tuō)落的整個(gè)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(xíng)成旋渦，随(sui)後旋渦逐(zhú)漸變大♊,渦(wō)量比初始(shǐ)時相對減(jiǎn)小,最後旋(xuan)渦從旋渦(wo)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(háng)比較可以(yǐ)明顯地看(kàn)出,在加入(ru)液相以後(hou)液相的存(cún)在影響了(le)氣體邊界(jie)層在壁面(mian)上的卷積(jī),旋渦發生(sheng)體上的⚽渦(wō)量明顯減(jian)小。

　　孔闆和(hé)文丘裏管(guǎn)流量計是(shi)利用差壓(yā)原理來進(jin)行流量💰測(ce)量的，液相(xiang)的存在對(duì)它們影響(xiang)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(liú)量的。由對(dui)旋渦發生(shēng)體上的渦(wō)量分析表(biǎo)明,液相的(de)存在影響(xiang)了🏃🏻旋渦的(de)形🌈成，從而(er)減弱了旋(xuan)渦強度造(zào)成了測量(liang)🏃🏻‍♂️誤差的增(zeng)加。
6結論
(1)通(tong)過在霧狀(zhuàng)流中的實(shi)驗表明,離(lí)散液相的(de)存在對渦(wō)街流量計(ji)測量誤差(chà)影響明顯(xiǎn)，在常壓下(xia)加入很少(shao)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(wen)丘裏和孔(kǒng)闆流量計(ji)中适用的(de)均相流模(mo)型并❗不适(shi)用于渦街(jiē)流量計。從(cóng)數值模拟(nǐ)的結果來(lai)看,由于離(lí)散液相的(de)存在破壞(huài)🥰旋渦發生(sheng)體上旋渦(wō)的形成,從(cong)而💰導緻了(le)渦街流量(liang)計測㊙️量誤(wu)差的增加(jiā)。

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