摘要:霧(wu)狀流條(tiao)件下,離(li)散液相(xiang)對渦街(jie)流量計(ji) 測量誤(wu)差的影(ying)響。對實(shi)驗結果(guo)的進一(yi)步分析(xi)表明，均(jun)相🙇🏻流模(mo)型并不(bu)适合于(yu)渦街流(liu)量計在(zai)霧狀流(liu)中的測(ce)量.實驗(yan)在多相(xiang)流裝❤️置(zhi)上口徑(jing)爲50mm的水(shui)平管段(duan)🈚上進行(hang),在保.證(zheng)氣相流(liu)量不變(bian)的條件(jian)下，研究(jiu)了0~01%液相(xiang)含率範(fan)圍内渦(wo)街流量(liang)計的😄測(ce)量誤差(cha),渦街産(chan)生的頻(pin)率值是(shi)通過對(dui)模拟信(xin)号進行(hang)傅立葉(ye)變換來(lai)🚶獲取的(de).利用數(shu)✊值仿真(zhen)的方法(fa)研究了(le)旋渦發(fa)生體上(shang)渦量場(chang)的變化(hua),理論上(shang)解釋了(le)霧🏃狀流(liu)中渦街(jie)流量計(ji)測量誤(wu)差産生(sheng)的原因(yin)。
1引言
　　霧(wu)狀流是(shi)化工行(hang)業中常(chang)見的一(yi)種流型(xing),表現爲(wei)氣相占(zhan)絕🌈大🛀部(bu)分爲連(lian)續相,液(ye)相占小(xiao)部分爲(wei)離散相(xiang)。目前用(yong)到霧狀(zhuang)流測🌈量(liang)的流量(liang)儀表有(you)孔闆文(wen)丘裏管(guan).内錐渦(wo)街以及(ji)渦輪流(liu)量計⛱️其(qi)中孔⛹🏻‍♀️闆(pan)和文丘(qiu)裏管流(liu)量計應(ying)用廣泛(fan),對于其(qi)它幾種(zhong)流量計(ji)在霧狀(zhuang)⭐流中應(ying)用的報(bao)道還較(jiao)少。
　　對于(yu)渦街流(liu)量計在(zai)霧狀流(liu)中的測(ce)量,一些(xie)研究者(zhe)已經做(zuo)過🌍研究(jiu)。在油田(tian)現場和(he)實驗室(shi)的霧狀(zhuang)流條件(jian)下對渦(wo)✏️街流☎️量(liang)計進行(hang)了實驗(yan),實驗結(jie)果表明(ming)液相含(han)量的增(zeng)加會明(ming)顯地增(zeng)加㊙️渦街(jie)流量計(ji)的測量(liang)誤差油(you)田現場(chang)的高壓(ya)條件下(xia)對渦街(jie)流量計(ji)在霧狀(zhuang)流中的(de)工作情(qing)況進行(hang)了研究(jiu)以水蒸(zheng)汽作爲(wei)實驗介(jie)質對渦(wo)街流量(liang)計進行(hang)了實驗(yan)研究，其(qi)中蒸汽(qi)爲氣相(xiang).水爲液(ye)相。
　　從現(xian)有的文(wen)獻來看(kan)，研究渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)霧狀流(liu)的文獻(xian)✏️不多,并(bing)且多集(ji)中在研(yan)究不同(tong)工沉條(tiao)件下渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)誤差上(shang)。本文在(zai)多相流(liu)裝置上(shang)常壓霧(wu)狀⭐流條(tiao)件下進(jin)行了實(shi)驗,并從(cong)不同角(jiao)度對實(shi)🎯驗果進(jin)行處理(li)，分析了(le)渦街流(liu)量計的(de)測量誤(wu)差。分析(xi)表明,在(zai) 孔闆流(liu)量計 和(he)文丘裏(li)管流量(liang)計測量(liang)霧狀流(liu)時使用(yong)的均相(xiang)流模型(xing)在渦💋街(jie)流量計(ji)測量中(zhong)并不适(shi)用。通過(guo)數值仿(pang)㊙️真方法(fa)研究了(le)霧狀流(liu)條件下(xia)旋渦發(fa)生體上(shang)渦量場(chang)的變🐕化(hua),對測量(liang)誤差以(yi)及均相(xiang)流不适(shi)用的原(yuan)因進行(hang)了探讨(tao)。
2實驗裝(zhuang)置及方(fang)法
2.1實驗(yan)裝置(圖(tu)1)

　　空氣壓(ya)縮機将(jiang)空氣壓(ya)縮後送(song)入儲氣(qi)罐,流量(liang)計1計🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量(liang)氣液🏃🏻‍♂️混(hun)合前儲(chu)氣罐送(song)入管道(dao)的氣體(ti)流量。蓄(xu)水✨罐距(ju)❄️離地🐅面(mian)30m提供實(shi)驗所需(xu)的液相(xiang),其流量(liang)由流量(liang)計2測得(de)😍。氣相和(he)液相經(jing)混和器(qi)混和後(hou)送入實(shi)驗管♌段(duan),最後流(liu)入分離(li)罐将水(shui)和空氣(qi)進行分(fen)離,空氣(qi)由放氣(qi)閥排出(chu)🚶，水由水(shui)泵送回(hui)蓄水罐(guan)循環使(shi)用。。工控(kong)🐅機對所(suo)有儀表(biao)數據進(jin)行采集(ji)和顯示(shi)并對兩(liang)個電動(dong)調節閥(fa)♌進行控(kong)制,調節(jie)💃氣相和(he)液相的(de)流量
　　實(shi)驗所用(yong)的渦街(jie)流量計(ji)選擇了(le)一台應(ying)用最多(duo)的壓電(dian)🚩式渦街(jie)🔴流量計(ji),其口徑(jing)爲50mm,在普(pu)通氣體(ti)流量實(shi)驗裝置(zhi)上測試(shi),其精度(du)爲㊙️15%。将渦(wo)街流量(liang)計放置(zhi)在水平(ping)直管段(duan)上,其🔱上(shang)下遊直(zhi)管段長(zhang)度分别(bie)爲30D和20D。 壓(ya)力變送(song)器 和 溫(wen)度變送(song)器 分别(bie)放在渦(wo)街流量(liang)計上遊(you)1D和下遊(you)10D的位置(zhi)水在渦(wo)🈲街流量(liang)🔞計上遊(you)70D的地方(fang)注入,混(hun)和器安(an)裝在渦(wo)街流量(liang)計🥵上遊(you)30D的位置(zhi)
2.2實驗方(fang)法
　　實驗(yan)的過程(cheng)中保持(chi)氣相流(liu)量爲141m3/h,對(dui)應的流(liu)速爲20m/s,管(guan)道🛀🏻中液(ye)相體積(ji)含率分(fen)别爲0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以(yi)5000Hz的頻率(lü)對不同(tong)液相👣含(han)率🍉下電(dian)荷放⁉️大(da)器✉️産生(sheng)的正弦(xian)信号進(jin)行采樣(yang),每次采(cai)樣10組數(shu)據☀️,每組(zu)數據有(you)104個🚶采樣(yang)點⁉️,然後(hou)把得到(dao)的采樣(yang)點進行(hang)傅立葉(ye)變換,得(de)到不同(tong)液相含(han)率下💋渦(wo)街産生(sheng)的頻率(lü).，不同液(ye)💔相含率(lü)時渦街(jie)信号的(de)頻譜圖(tu)如圖2所(suo)示。

3測量(liang)誤差分(fen)析
表1爲(wei)實驗的(de)最終結(jie)果。

　　在對(dui)渦街流(liu)量計的(de)測量誤(wu)差進行(hang)分析之(zhi)前,首先(xian)在标準(zhun)氣裝🔱置(zhi)上對其(qi)進行了(le)标定,得(de)到了實(shi)驗所用(yong)渦街流(liu)量計的(de)斯特勞(lao)哈爾數(shu)s爲0.291,那麽(me)流過實(shi)驗管段(duan)中😄渦街(jie)流量計(ji)的流量(liang)可用式(shi)(1)計算得(de)到。

　　式中(zhong):Qt一實驗(yan)段渦街(jie)流量計(ji)測得的(de)流量值(zhi);?一頻譜(pu)分析後(hou)得到的(de)渦街脫(tuo)落頻率(lü);st一斯特(te)勞哈爾(er)數;d一旋(xuan)渦發生(sheng)體截流(liu)面寬度(du);D一管道(dao)直徑.
　　對(dui)渦街流(liu)量計的(de)測量誤(wu)差用式(shi)(2)來計算(suan):

　　式中:σ一(yi)渦街流(liu)量計的(de)測量誤(wu)差，Qt一-圖(tu)1中流量(liang)計1測得(de)的标準(zhun)流量值(zhi)。
　　表2爲渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)誤差的(de)計算結(jie)果。從表(biao)中可以(yi)🍓看出,渦(wo)街🐕流量(liang)計的測(ce)量誤差(cha)随着液(ye)相含率(lü).的增加(jia)而增加(jia)。當☔液相(xiang)含率從(cong)0僅增加(jia)到00106%時,渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)🔴誤差即(ji)受到很(hen)大的影(ying)響,誤差(cha)增加了(le)近60倍。當(dang)液相含(han)率從00106%增(zeng)加到.0.0922%時(shi),誤差變(bian)化較爲(wei)平緩,液(ye)相含率(lü)增加了(le)🌈近10倍,測(ce)量誤差(cha)增加了(le)6倍。

4均相(xiang)流模型(xing)下的誤(wu)差分析(xi)
　　當氣液(ye)兩相流(liu)體的速(su)度溫度(du)和化學(xue)勢的平(ping)均值與(yu)♌每一相(xiang)的速度(du)溫度和(he)化學勢(shi)的數值(zhi)相同時(shi)的🚶流動(dong)稱爲均(jun)相流動(dong)✊|4]。符合㊙️均(jun)相流流(liu)動條件(jian)的氣液(ye)兩相混(hun)合物可(ke)近似看(kan)♍成一種(zhong)具有均(jun)勻混合(he)密度B的(de)“單相流(liu)🌈體”。一些(xie)研究者(zhe)[5~)将霧狀(zhuang)流視爲(wei)均相流(liu)流⛹🏻‍♀️動，并(bing)用均相(xiang)流模型(xing)對孔闆(pan)和文丘(qiu)裏在霧(wu)狀流中(zhong)⚽的測量(liang)進行了(le)研究,取(qu)得了較(jiao)好的結(jie)果。本文(wen)以均相(xiang)流模型(xing)爲依據(ju)💃對渦街(jie)流量計(ji)在♉霧狀(zhuang)流中的(de)測量誤(wu)差進行(hang)了分析(xi)😘。
　　渦街流(liu)量計測(ce)量單相(xiang)流流量(liang)Q的模型(xing)爲:

　　将式(shi)(5)代入式(shi)(4)最後得(de)到了霧(wu)狀流中(zhong)質量流(liu)量的計(ji)算公式(shi),式(6)即🔞爲(wei)渦街流(liu)量傳感(gan)器的均(jun)相流模(mo)型。

　　式中(zhong):x一幹度(du),表示氣(qi)液兩相(xiang)流中,氣(qi)相質量(liang)流量占(zhan)兩🔅相🔴質(zhi)量流量(liang)的份額(e);pg和P1一氣(qi)相和液(ye)相的密(mi)度。
在實(shi)驗中由(you)式(7)計算(suan)流入實(shi)驗管段(duan)中的氣(qi)液混合(he)物的💁總(zong)體質量(liang)流量。

　　式(shi)中:Wmc一流(liu)入實驗(yan)管段的(de)氣液總(zong)質量流(liu)量;wc一圖(tu)1中标🈲準(zhun)👌流量計(ji)1測得的(de)氣液混(hun)合前氣(qi)體質量(liang)流量;Wr一(yi)-圖1中标(biao)準流量(liang)☀️計2測得(de)的氣液(ye)混合前(qian)水的質(zhi)量流量(liang)。
　　實驗管(guan)段中渦(wo)街流量(liang)計測得(de)的混合(he)流體的(de)質量流(liu)💰量🌈Wmt通🏒過(guo)式🌐(6)計算(suan)得到因(yin)此最終(zhong)實驗管(guan)段渦.街(jie)流量計(ji)🚶‍♀️的測量(liang)誤差用(yong)式(8)計✂️算(suan),δ爲相對(dui)誤差,表(biao)示了實(shi)驗管段(duan)中渦街(jie)流量計(ji)測量得(de)到的氣(qi)💋液混合(he)流體的(de)質量流(liu)量與真(zhen)實值之(zhi)間的相(xiang)對誤差(cha)。

　　圖3爲最(zui)後得到(dao)的渦街(jie)流量計(ji)的測量(liang)誤差,從(cong)圖中可(ke)以🈲看到(dao)，将霧狀(zhuang)流看作(zuo)均相流(liu)後，,渦街(jie)流量計(ji)測量得(de)到的質(zhi)量流量(liang)值與✔️實(shi)際值之(zhi)間依然(ran)存在有(you)較大的(de)誤差,并(bing)且誤差(cha)會随着(zhe)旋渦脫(tuo)落頻率(lü)的增加(jia)而增加(jia)。

5實驗結(jie)果分析(xi)
　　渦量表(biao)示了速(su)度場的(de)旋轉程(cheng)度,可以(yi)通過對(dui)旋渦發(fa)生👈體壁(bi)♋面渦量(liang)場的測(ce)量來判(pan)斷旋渦(wo)結構的(de)強❗度以(yi)及邊界(jie)層的卷(juan)曲情況(kuang)。在前面(mian)對液相(xiang)運動情(qing)👌況分析(xi)的基礎(chu)上，對旋(xuan)渦發生(sheng)體上旋(xuan)渦形成(cheng)的變化(hua)進行了(le)💛分析。通(tong)過數值(zhi)模拟。觀(guan)察了當(dang)氣相中(zhong)有離散(san)液相存(cun)🛀🏻在時旋(xuan)渦發生(sheng)體壁面(mian)上渦量(liang)的變化(hua)。數值模(mo)拟在流(liu)體計算(suan)軟件FUENT上(shang)進行,采(cai)用離散(san)相模🔞型(xing)進行計(ji)算。
　　首先(xian)對渦街(jie)流量傳(chuan)感器沒(mei)有液相(xiang)加入時(shi)渦街壁(bi)♻️面.上渦(wo)量的變(bian)化情況(kuang)進行了(le)記錄。圖(tu)4反映的(de)是當✨入(ru)口速度(du)爲20m/s時,一(yi)個周期(qi)内不同(tong)時刻旋(xuan)渦發生(sheng)體👉壁面(mian)，上渦量(liang)的變化(hua)情況,以(yi)及當氣(qi)體中注(zhu)入液體(ti)含率爲(wei)0.1%時旋渦(wo)發生體(ti)上一個(ge)🐉周期内(nei)不同時(shi)刻的渦(wo)量變化(hua)。未加入(ru)液相時(shi)可以看(kan)到旋渦(wo)在旋渦(wo)發生體(ti)上從産(chan)生到逐(zhu)漸長大(da)最後從(cong)旋渦發(fa)生體上(shang)脫落的(de)整個過(guo)程㊙️,在開(kai)始時刻(ke)邊界層(ceng)在旋渦(wo)發生💃🏻體(ti)的銳邊(bian)開始卷(juan)積形成(cheng)旋渦，随(sui)後旋✨渦(wo)逐漸變(bian)大,渦量(liang)比初始(shi)時相對(dui)減小,最(zui)後旋渦(wo)從旋渦(wo)發🌐生體(ti)♻️上脫落(luo),旋渦發(fa)生體壁(bi)面.上的(de)渦量變(bian)爲零。由(you)圖4進⭕行(hang)比較可(ke)以明顯(xian)地看出(chu),在加入(ru)液相以(yi)後液相(xiang)的存在(zai)❄️影響了(le)氣體邊(bian)界層在(zai)壁面上(shang)的卷積(ji),旋渦發(fa)生體上(shang)的渦量(liang)明顯減(jian)小。

　　孔闆(pan)和文丘(qiu)裏管流(liu)量計是(shi)利用差(cha)壓原理(li)來進行(hang)流量測(ce)量的👈，液(ye)相的存(cun)在對它(ta)們影響(xiang)較小,而(er)渦街流(liu)量計是(shi)利用🤩檢(jian)測流體(ti)經過旋(xuan)渦發生(sheng)體後産(chan)生❓的旋(xuan)渦🥵頻率(lü)來測量(liang)流體流(liu)量♋的。由(you)對旋渦(wo)發生體(ti)上的渦(wo)量分析(xi)表明,液(ye)相的存(cun)在影響(xiang)了旋渦(wo)的形🔴成(cheng)，從而減(jian)弱了旋(xuan)渦強度(du)造成了(le)測量誤(wu)差的增(zeng)加🤩。
6結論(lun)
(1)通過在(zai)霧狀流(liu)中的實(shi)驗表明(ming),離散液(ye)相的存(cun)在對㊙️渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)誤差影(ying)響明顯(xian)，在常壓(ya)下加入(ru)很少的(de)液相時(shi)，渦街流(liu)量計的(de)誤差就(jiu)會變化(hua)很大。
(2)在(zai)文丘裏(li)和孔闆(pan)流量計(ji)中适用(yong)的均相(xiang)流模型(xing)并不♻️适(shi)用于渦(wo)街流量(liang)計。從數(shu)值模拟(ni)的結果(guo)來看,由(you)于離散(san)液相的(de)存在破(po)壞旋渦(wo)發生體(ti)上旋渦(wo)的形成(cheng),從而✔️導(dao)緻了✏️渦(wo)街流💯量(liang)計測量(liang)誤差的(de)增加。

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