摘要(yao):利用(yong)正壓(ya)法音(yin)速噴(pen)嘴氣(qi)體流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置,通(tong)🈲過調(diao)節試(shi)驗管(guan)道中(zhong)介質(zhi)的工(gong)作壓(ya)力(0.23~0.5MPa)來(lai)改變(bian)介質(zhi)密度(du),分别(bie)在空(kong)氣密(mi)✍️度爲(wei)2.774kg/m3.3.619kg/m3、4.782kg/m3、5.987kg/m3四種(zhong)情況(kuang)下對(dui)50mm口徑(jing)氣體(ti)渦街(jie)流量(liang)計 的(de)流量(liang)特性(xing)(儀表(biao)系數(shu)、線性(xing)度、不(bu)确定(ding)度.流(liu)量下(xia)限)進(jin)行了(le)🔅大量(liang)試驗(yan)研究(jiu)。試驗(yan)結果(guo)表明(ming),不同(tong)密度(du)下 渦(wo)街流(liu)量計(ji) 儀表(biao)系數(shu)的最(zui)大相(xiang)對誤(wu)差0.405%,驗(yan)證了(le)渦街(jie)流量(liang)計儀(yi)表系(xi)💜數幾(ji)乎不(bu)受流(liu)體密(mi)度變(bian)化的(de)影響(xiang);并發(fa)現渦(wo)街流(liu)📞量計(ji)的流(liu)量下(xia)🈲限随(sui)着介(jie)質密(mi)度的(de)增大(da)而向(xiang)下延(yan)伸,對(dui)此現(xian)象進(jin)行💃🏻了(le)分析(xi)。
1引言(yan)
　　渦街(jie)流量(liang)計是(shi)一種(zhong)利用(yong)流體(ti)振動(dong)原理(li)來進(jin)行流(liu)量測(ce)量📐的(de)振🧑🏽‍🤝‍🧑🏻動(dong)式流(liu)量計(ji),廣泛(fan)應用(yong)于測(ce)量和(he)工業(ye)👣過程(cheng)控制(zhi)領域(yu)中。但(dan)曆史(shi)較短(duan),理論(lun)基礎(chu)和實(shi)踐經(jing)驗不(bu)足,還(hai)有許(xu)多工(gong)作需(xu)要探(tan)索、充(chong)實🌂1.21渦(wo)街流(liu)量計(ji)最基(ji)本的(de)流量(liang)方程(cheng)經常(chang)引用(yong)🔅卡曼(man)渦街(jie)🔞理論(lun)，進而(er)得出(chu)渦街(jie)流量(liang)計旋(xuan)渦分(fen)離的(de)頻率(lü)僅與(yu).流體(ti)工作(zuo)狀态(tai)下的(de)體積(ji)流量(liang)成正(zheng)比,而(er)💘對被(bei)測流(liu)體溫(wen)度、壓(ya)力、密(mi)度、粘(zhan)度和(he)組分(fen)變化(hua)不敏(min)感的(de)特點(dian)。實際(ji)應用(yong)中,現(xian)場工(gong)作條(tiao)件的(de)變化(hua)到底(di)會對(dui)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量帶(dai)來多(duo)大的(de)附加(jia)誤☀️差(cha)尚不(bu)✔️明确(que)。SophieGoujon-Durand研究(jiu)了流(liu)💋體粘(zhan)🧡度對(dui)渦街(jie)流量(liang)計線(xian)性度(du)的影(ying)響,繪(hui)出不(bu)❤️同粘(zhan)度對(dui)🔴渦街(jie)線性(xing)度的(de)校正(zheng)曲線(xian)[4]”。通過(guo)氣體(ti)不同(tong)工作(zuo)壓力(li)✏️下的(de)試驗(yan)驗證(zheng)了渦(wo)街流(liu)量計(ji)不随(sui)介質(zhi)密度(du)變化(hua)的結(jie)論，但(dan)是并(bing)未給(gei)出具(ju)體試(shi)驗🌈數(shu)據。本(ben)文采(cai)用試(shi)驗方(fang)法,利(li)用正(zheng)壓法(fa)🈲音速(su)噴嘴(zui)氣體(ti)🌈流量(liang)标準(zhun)裝✏️置(zhi),在不(bu)同介(jie)質密(mi)度下(xia)對渦(wo)街流(liu)💞量計(ji)的👌流(liu)量特(te)性進(jin)行對(dui)比研(yan)究，得(de)到儀(yi)表系(xi)數和(he)流量(liang)下限(xian)随密(mi)度變(bian)👉化曲(qu)線和(he)趨勢(shi),并對(dui)試驗(yan)結果(guo)進行(hang)分析(xi)解釋(shi)。
2渦街(jie)流量(liang)計工(gong)作原(yuan)理
　　如(ru)圖1所(suo)示，管(guan)道中(zhong)垂直(zhi)插人(ren)一梯(ti)形柱(zhu)狀旋(xuan)渦.發(fa)生體(ti),随着(zhe)流體(ti)📐流動(dong),當管(guan)道雷(lei)諾數(shu)達到(dao)一定(ding)值時(shi),在旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)兩側(ce)會交(jiao)替地(di)産生(sheng)有規(gui)則的(de)旋渦(wo),這種(zhong)旋渦(wo)稱爲(wei)卡🈚曼(man)渦街(jie)。

設(she)旋渦(wo)發生(sheng)頻率(lü)爲，f,旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)迎流(liu)面寬(kuan)度爲(wei)d,表體(ti)通徑(jing)爲D,根(gen)🌐據卡(ka)曼渦(wo)街原(yuan)理，可(ke)知:

　　式(shi)中:U1爲(wei)旋渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側平(ping)均流(liu)速;U爲(wei)被測(ce)介質(zhi)來流(liu)🌍的平(ping)均流(liu)速;Sr爲(wei)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu),對一(yi)定形(xing)狀的(de)旋🔴渦(wo)發生(sheng)體在(zai)一🐅定(ding)雷🛀諾(nuo)數範(fan)圍内(nei)爲常(chang)數;m爲(wei)旋渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)㊙️側弓(gong)形❤️面(mian)積與(yu)管道(dao)橫🍉截(jie)面面(mian)積之(zhi)比。
　　流(liu)體在(zai)産生(sheng)旋渦(wo)的同(tong)時還(hai)受到(dao)一個(ge)垂直(zhi)方向(xiang)上🆚力(li)的👉作(zuo)💛用🥰,根(gen)據湯(tang)姆生(sheng)定律(lü)和庫(ku)塔一(yi)-儒可(ke)夫斯(si)基升(sheng)力定(ding)理,設(she)作🏃‍♂️用(yong)在旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)每單(dan)位長(zhang)度上(shang)的升(sheng)力爲(wei)👈FL有:

式(shi)中:cL爲(wei)升力(li)系數(shu);ρ爲流(liu)體密(mi)度。
　　由(you)于交(jiao)替地(di)作用(yong)在發(fa)生體(ti).上升(sheng)力的(de)頻率(lü)就是(shi)旋渦(wo)的脫(tuo)落頻(pin)👣率,通(tong)過壓(ya)電探(tan)頭對(dui)FL變化(hua)頻率(lü)的檢(jian)測，即(ji)可得(de)到?再(zai)由式(shi)(1)可得(de)體積(ji)流量(liang)qv:

式中(zhong):K爲渦(wo)街流(liu)量計(ji)的儀(yi)表系(xi)數。
　　從(cong)式(3)、(4)可(ke)以看(kan)出,對(dui)于确(que)定的(de)D和d,流(liu)體的(de)體積(ji)流量(liang)qv與🔴旋(xuan)渦頻(pin)🐕率?成(cheng)正比(bi),而?隻(zhi)與流(liu)速U和(he)旋渦(wo)發生(sheng)體的(de)幾何(he)參👉數(shu)有關(guan),且🈲與(yu)被🌈測(ce)流體(ti)的物(wu)性和(he)組分(fen)無關(guan)，因此(ci)可以(yi)得出(chu)渦街(jie)流量(liang)計不(bu)受流(liu)體溫(wen)度、壓(ya)力、密(mi)度、粘(zhan)度、組(zu)分因(yin)素的(de)影響(xiang)。本文(wen)研究(jiu)在複(fu)雜的(de)現場(chang)環境(jing)下,工(gong)作壓(ya)力的(de)增加(jia)、介質(zhi)密度(du)的變(bian)化對(dui)渦街(jie)流💚量(liang)計測(ce)量産(chan)生🔅的(de)影響(xiang)。
3試驗(yan)裝置(zhi)
3.1音速(su)噴嘴(zui)工作(zuo)原理(li)
　　文丘(qiu)利噴(pen)嘴是(shi)個孔(kong)徑逐(zhu)漸減(jian)小的(de)流道(dao),孔徑(jing)最小(xiao)的部(bu)分稱(cheng)爲🌈噴(pen)嘴的(de)喉部(bu),喉部(bu)的後(hou)面有(you)孔徑(jing)逐漸(jian)💞擴大(da)的流(liu)道。當(dang)氣體(ti)通過(guo)噴嘴(zui)時,喉(hou)部的(de)氣體(ti)流速(su)将随(sui)着節(jie)流壓(ya)力比(bi)減小(xiao)而增(zeng)大。當(dang)節流(liu)壓力(li)比小(xiao)到一(yi)定值(zhi)時,喉(hou)部流(liu)速達(da)到最(zui)大流(liu)速一(yi)音速(su)。此時(shi)若再(zai)減小(xiao)節流(liu)壓力(li)比,流(liu)速(流(liu)量)将(jiang)保持(chi)音速(su)不變(bian),不再(zai)受下(xia)遊壓(ya)力的(de)影響(xiang)，而隻(zhi)與噴(pen)嘴人(ren)口處(chu)的滞(zhi)止壓(ya)力和(he)☁️溫度(du)有關(guan),此時(shi)的噴(pen)嘴稱(cheng)爲音(yin)速噴(pen)嘴,流(liu)量方(fang)程式(shi)爲:

　　式(shi)中:qm爲(wei)流過(guo)噴嘴(zui)的質(zhi)量流(liu)量;A.爲(wei)音速(su)噴嘴(zui)喉部(bu)面積(ji);C爲流(liu)🈲出系(xi)數;C.爲(wei)臨界(jie)流函(han)數;P。爲(wei)音速(su)噴嘴(zui)人口(kou)處滞(zhi)止絕(jue)對壓(ya)力;T。爲(wei)音速(su)噴🏃‍♂️嘴(zui)人口(kou)處滞(zhi)止絕(jue)對溫(wen)度;R爲(wei)通用(yong)氣體(ti)常數(shu);M爲氣(qi)體千(qian)摩爾(er)質量(liang)。
　　從式(shi)(5)可以(yi)看出(chu),一.種(zhong)喉徑(jing)的噴(pen)嘴隻(zhi)有一(yi)一個(ge)臨界(jie)流量(liang)值,噴(pen)嘴人(ren)口的(de)滯止(zhi)壓力(li)和滞(zhi)止溫(wen)度不(bu)變時(shi),通過(guo)噴嘴(zui)的流(liu)量也(ye)不變(bian),正是(shi)由于(yu)此特(te)性使(shi)音速(su)噴.嘴(zui)作爲(wei)标準(zhun)件廣(guang)泛應(ying)用于(yu)㊙️氣體(ti)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)⛱️中。
3.2音(yin)速噴(pen)嘴氣(qi)體流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置
　　音(yin)速噴(pen)嘴氣(qi)體流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置按(an)照氣(qi)源壓(ya)力不(bu)同分(fen)爲正(zheng)壓法(fa)和負(fu)壓法(fa)兩種(zhong)。
　　正壓(ya)法裝(zhuang)置通(tong)過改(gai)變噴(pen)嘴人(ren)口的(de)滞止(zhi)壓力(li)改變(bian)流過(guo)噴嘴(zui)的氣(qi)體流(liu)量,用(yong)較少(shao)的噴(pen)嘴實(shi)現較(jiao)寬的(de)流量(liang)範圍(wei),而且(qie)較高(gao)而可(ke)變的(de)氣源(yuan)壓力(li)可以(yi)使其(qi)工作(zuo)在📐正(zheng)壓(絕(jue)壓0.2MPa以(yi)上)狀(zhuang)态下(xia),從而(er)氣體(ti)密度(du)高于(yu)常壓(ya)裝置(zhi),具有(you)不同(tong)密度(du)(壓力(li))點上(shang)的試(shi)🧡驗能(neng)力,可(ke)用于(yu)研究(jiu)氣體(ti)密度(du)變化(hua)對于(yu)流量(liang)儀表(biao)性能(neng)的影(ying)響。
　　本(ben)文試(shi)驗裝(zhuang)置采(cai)用正(zheng)壓法(fa),工作(zuo)流量(liang)範圍(wei)爲工(gong)況2.5~666m3/h,工(gong)👣作壓(ya)⭐力範(fan)圍爲(wei)表壓(ya)0.1~0.5MPa,裝置(zhi)結構(gou)圖如(ru)圖2所(suo)示。工(gong)作原(yuan)理是(shi):首先(xian)由🤞空(kong)壓機(ji)将🐇大(da)氣中(zhong)的空(kong)氣送(song)人管(guan)道，經(jing)冷幹(gan)機除(chu)去水(shui)氣後(hou)🧡打人(ren)高💯壓(ya)儲氣(qi)罐中(zhong),待儲(chu)氣罐(guan)壓力(li)升高(gao)到-定(ding)值之(zhi)後,調(diao)節穩(wen)壓閥(fa)使其(qi)下遊(you)管🔅道(dao)壓力(li)穩定(ding)在合(he)适值(zhi),經穩(wen)壓閥(fa)調節(jie)後進(jin)入試(shi)驗管(guan)道的(de)高壓(ya)氣體(ti)先後(hou)流經(jing)渦街(jie)流量(liang)計、滯(zhi)止容(rong)器、音(yin)速噴(pen)嘴組(zu)、彙氣(qi)🔞管、消(xiao)音器(qi)後,最(zui)終🔱通(tong)向大(da)氣。其(qi)中，音(yin)🥵速噴(pen)嘴組(zu)由安(an)裝在(zai)滞止(zhi)容器(qi)下遊(you)📱的11個(ge)不同(tong)喉徑(jing)音速(su)噴🚶‍♀️嘴(zui)并聯(lian)而成(cheng)✊,通過(guo)控制(zhi)音速(su)噴嘴(zui)下遊(you)的💜開(kai)關閥(fa)門,可(ke)以任(ren)意選(xuan)擇音(yin)速噴(pen)嘴的(de)組💛合(he)方式(shi)，以達(da)到改(gai)變被(bei)測儀(yi)表流(liu)量的(de)目的(de)。通過(guo)對滞(zhi)止容(rong)器上(shang)溫度(du)變送(song)器T、壓(ya)力變(bian)送器(qi)P,信号(hao)采集(ji),代人(ren)公式(shi)(5)便💃可(ke)得到(dao)通過(guo)音速(su)噴嘴(zui)的質(zhi)量流(liu)量,亦(yi)即流(liu)過渦(wo)街🤞流(liu)量計(ji)處的(de)質量(liang)流量(liang)。通過(guo)測量(liang)渦街(jie)流量(liang)計處(chu)的溫(wen)度T和(he)壓力(li)P,可以(yi)計✉️算(suan)出工(gong)作狀(zhuang)态下(xia)空氣(qi)密度(du),進🛀🏻而(er)得到(dao)實際(ji)體積(ji)流量(liang)。再根(gen)據相(xiang)同時(shi)間間(jian)隔内(nei)渦街(jie)流量(liang)計輸(shu)出脈(mo)沖的(de)檢❓測(ce)，可最(zui)終實(shi)現對(dui)⛱️渦街(jie)流量(liang)計儀(yi)表系(xi)數等(deng)流量(liang)特性(xing)的研(yan)究。
上(shang)述全(quan)部工(gong)作過(guo)程均(jun)由計(ji)算機(ji)系統(tong)實時(shi)控制(zhi)和處(chu)理。經(jing)過👈分(fen)析和(he)測試(shi)，試驗(yan)裝置(zhi)精确(que)度爲(wei)0.5級。

4流(liu)量特(te)性試(shi)驗研(yan)究
4.1試(shi)驗方(fang)案
在(zai)正壓(ya)法音(yin)速噴(pen)嘴氣(qi)體流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置，上(shang),通過(guo)調節(jie)滞💜止(zhi)壓力(li)來改(gai)變介(jie)質密(mi)度,在(zai)4個不(bu)同介(jie)質密(mi)度條(tiao)件下(xia),分别(bie)對50mm口(kou)徑渦(wo)街流(liu)量計(ji)進行(hang)大量(liang)的試(shi)驗。通(tong)過數(shu)⛱️據分(fen)析,主(zhu)要從(cong)兩方(fang)面考(kao)察介(jie)質密(mi)度變(bian)化🔞對(dui)渦街(jie)流量(liang)計流(liu)量特(te)性的(de)影響(xiang):
(1)考察(cha)渦街(jie)流量(liang)計儀(yi)表系(xi)數受(shou)密度(du)變化(hua)影響(xiang)程度(du),驗證(zheng)卡曼(man)渦街(jie)理論(lun);
(2)考察(cha)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量下(xia)限随(sui)密度(du)改變(bian)的變(bian)化趨(qu)勢,從(cong)理論(lun)角度(du)給予(yu)解釋(shi)。
4.2試驗(yan)數據(ju)及分(fen)析
爲(wei)了保(bao)證音(yin)速噴(pen)嘴在(zai)喉部(bu)達到(dao)音速(su),并結(jie)合穩(wen)壓閥(fa)♊的調(diao)壓範(fan)圍，試(shi)驗選(xuan)擇在(zai)表壓(ya)0.13MPa、0.2MPa.0.3MPa、0.4MPa下進(jin)行,對(dui)應空(kong)氣介(jie)質密(mi)度分(fen)别爲(wei)2.774kg/m3.3.619kg/m3、4.782kg/m3.5.987kg/m3。由于(yu)高壓(ya)儲氣(qi)罐的(de)容量(liang)有限(xian)(12m'),爲避(bi)免當(dang)流量(liang)大時(shi)管道(dao)内壓(ya)力下(xia)降迅(xun)速，試(shi)驗最(zui)大流(liu)量點(dian)選擇(ze)在176m3/h(對(dui)應流(liu)速爲(wei)25m/s);最💔小(xiao)流量(liang)點即(ji)流量(liang)下限(xian)正是(shi)本文(wen)要研(yan)究的(de)流量(liang)特性(xing)之一(yi)，由試(shi)驗結(jie)果而(er)定。試(shi)驗嚴(yan)🌏格按(an)照國(guo)家計(ji)量檢(jian)定規(gui)程進(jin)行,在(zai)每個(ge)介質(zhi)密度(du)下整(zheng)個流(liu)量範(fan)圍内(nei)壓㊙️力(li)變化(hua)不超(chao)過⛹🏻‍♀️1kPa,在(zai)每個(ge)流量(liang)點的(de)每一(yi)次檢(jian)定過(guo)程中(zhong)，壓縮(suo)空氣(qi)溫⛷️度(du)變化(hua)不超(chao)過0.5℃。
根(gen)據試(shi)驗得(de)到的(de)數據(ju),可繪(hui)制出(chu)如圖(tu)3不同(tong)空氣(qi)密度(du)下渦(wo)街儀(yi)表系(xi)數随(sui)流量(liang)變化(hua)曲線(xian)，并得(de)到渦(wo)街流(liu)量計(ji)的🌈流(liu)量特(te)性見(jian)表1。

從(cong)圖3和(he)表1可(ke)總結(jie)出以(yi)下幾(ji)點結(jie)論:
(1)不(bu)同密(mi)度下(xia)渦街(jie)各點(dian)儀表(biao)系數(shu)随流(liu)量變(bian)化曲(qu)線✨K-q,具(ju)有很(hen)好的(de)相似(si)性。小(xiao)流量(liang)下K值(zhi)波動(dong)較大(da),在流(liu)量點(dian)22m3/h處達(da)到🥰峰(feng)值,之(zhi)後K值(zhi)趨于(yu)常數(shu)且随(sui)着密(mi)度的(de)增大(da)穩定(ding)性愈(yu)好,這(zhe)是因(yin)❄️爲,影(ying)響渦(wo)街儀(yi)表系(xi)數的(de)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)Sr是雷(lei)諾⭐數(shu)Re的函(han)數,而(er)Re的定(ding)義爲(wei):

式中(zhong):μ爲動(dong)力粘(zhan)度。在(zai)流速(su)U相同(tong)情況(kuang)下,ρ變(bian)大時(shi)Re也相(xiang)應變(bian)大,根(gen)據Sr-Re曲(qu)線'),Sr将(jiang)更加(jia)趨于(yu)平坦(tan),故K值(zhi)随着(zhe)介質(zhi)密度(du)的增(zeng)大穩(wen)⚽定性(xing)愈好(hao)。
(2)随着(zhe)介質(zhi)密度(du)的增(zeng)大,渦(wo)街流(liu)量計(ji)儀表(biao)系數(shu)變化(hua)很小(xiao),最大(da)相對(dui)誤差(cha)爲:

因(yin)而驗(yan)證了(le)卡曼(man)渦街(jie)理論(lun)得出(chu)的渦(wo)街流(liu)量計(ji)幾乎(hu)不受(shou)流體(ti)密度(du)變化(hua)影響(xiang)的特(te)點,非(fei)常适(shi)合于(yu)氣體(ti)流量(liang)測量(liang)。
(3)随着(zhe)介質(zhi)密度(du)的增(zeng)大,渦(wo)街流(liu)量計(ji)不确(que)定度(du)和線(xian)✌️性度(du)基本(ben)不變(bian),渦街(jie)流量(liang)計準(zhun)确度(du)爲1.5級(ji),且不(bu)受流(liu)體密(mi)度變(bian)化影(ying)響。
(4)随(sui)着介(jie)質密(mi)度的(de)增大(da),渦街(jie)流量(liang)計流(liu)量下(xia)限降(jiang)低,量(liang)程擴(kuo)大🔅。這(zhe)是因(yin)爲,由(you)公式(shi)(2)可知(zhi),作用(yong)在旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)上的(de)升力(li)FL與被(bei)測🥰流(liu)體的(de)密度(du)ρ和流(liu)速U平(ping)方成(cheng)正比(bi)。當壓(ya)縮空(kong)氣密(mi)度ρ升(sheng)🙇🏻高時(shi),在🐕保(bao)證渦(wo)街流(liu)量計(ji)的檢(jian)測靈(ling)敏度(du)(即升(sheng)力FL)不(bu)變的(de)情況(kuang)下,測(ce)量流(liu)速U會(hui)相應(ying)降低(di),那麽(me)渦街(jie)流量(liang)計的(de)流量(liang)下限(xian)q.mi也會(hui)相應(ying)降低(di)，上述(shu)過程(cheng)可表(biao)示爲(wei)下式(shi):


5結論(lun)
(1)随着(zhe)介質(zhi)密度(du)的增(zeng)大,渦(wo)街流(liu)量計(ji)儀表(biao)系數(shu)變化(hua)💛很小(xiao),最大(da)相對(dui)誤差(cha)僅爲(wei)0.405%,驗證(zheng)了渦(wo)街流(liu)量計(ji)幾乎(hu)不受(shou)流體(ti)密度(du)變化(hua)💜的影(ying)響。
(2)随(sui)着介(jie)質密(mi)度的(de)增大(da),渦街(jie)流量(liang)計流(liu)量下(xia)限降(jiang)低,量(liang)程擴(kuo)大,根(gen)🌈據作(zuo)用在(zai)旋渦(wo)發生(sheng)體上(shang)的升(sheng)力公(gong)式對(dui)此現(xian)象進(jin)行了(le)理論(lun)分析(xi)。

以上(shang)内容(rong)源于(yu)網絡(luo)，如有(you)侵權(quan)聯系(xi)即删(shan)除!