摘(zhai)要:多(duo)工況(kuang)下渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 标定(ding)曲線(xian)之間(jian)的差(cha)異性(xing)問題(ti)一直(zhi)受到(dao)儀表(biao)研究(jiu)者的(de)關注(zhu)。在天(tian)然氣(qi)貿易(yi)交接(jie)過程(cheng)中,渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在常(chang)壓空(kong)氣下(xia)的檢(jian)定結(jie)論和(he)标定(ding)數據(ju)能否(fou)應用(yong)于高(gao)壓工(gong)況一(yi)直存(cun)在争(zheng)議。爲(wei)了對(dui)比多(duo)工況(kuang)下渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的标(biao)定曲(qu)線,使(shi)用高(gao)壓空(kong)氣環(huan)道流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置，在(zai)1.6~5.0MPa之間(jian)3個工(gong)作壓(ya)力下(xia)對渦(wo)輪流(liu)量計(ji)進行(hang)了标(biao)定,3條(tiao)标定(ding)曲線(xian)在低(di)雷諾(nuo)數區(qu)域出(chu)現明(ming)顯的(de)分散(san),标定(ding)數據(ju)最大(da)相差(cha)0.65%。随着(zhe)雷諾(nuo)數增(zeng)加,3條(tiao)标定(ding)曲線(xian)逐漸(jian)接近(jin)，最終(zhong)标定(ding)數據(ju)之間(jian)的差(cha)異不(bu)超過(guo)0.2%。應用(yong)渦輪(lun)流量(liang)計物(wu)理模(mo)型的(de)函數(shu)形式(shi)分析(xi)并解(jie)釋了(le)标定(ding)曲線(xian)簇的(de)形态(tai)。結果(guo)表明(ming)，軸承(cheng)阻力(li)是導(dao)緻标(biao)定曲(qu)線分(fen)散的(de)原因(yin),而随(sui)着雷(lei)諾數(shu)的增(zeng)加，僅(jin)和雷(lei)諾數(shu)有關(guan)的流(liu)體粘(zhan)性阻(zu)滞力(li)矩逐(zhu)漸成(cheng)爲阻(zu)滞力(li)矩的(de)主要(yao)部分(fen)，因而(er)多個(ge)工況(kuang)下标(biao)定曲(qu)線趨(qu)于聚(ju)合。變(bian)粘度(du)液體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)标定(ding)實驗(yan)也可(ke)以觀(guan)察到(dao)類似(si)的曲(qu)線簇(cu)形态(tai),這表(biao)明标(biao)定曲(qu)線的(de)分散(san)與聚(ju)合和(he)流體(ti)的運(yun)動粘(zhan)度有(you)關。标(biao)定曲(qu)線的(de)聚合(he)減弱(ruo)了工(gong)況條(tiao)件引(yin)起的(de)物性(xing)變化(hua)對渦(wo)輪流(liu)量計(ji)精度(du)的影(ying)響，如(ru)果渦(wo)輪流(liu)量計(ji)能夠(gou)在高(gao)雷諾(nuo)數下(xia)保持(chi)良好(hao)的線(xian)性度(du),就可(ke)以将(jiang)其很(hen)好地(di)應用(yong)于多(duo)工況(kuang)的測(ce)量工(gong)作。
0引(yin)言
　　現(xian)代化(hua)生産(chan)、油氣(qi)貿易(yi)、醫療(liao)衛生(sheng)等衆(zhong)多領(ling)域要(yao)求準(zhun)确測(ce)量流(liu)動介(jie)質的(de)流量(liang)。渦輪(lun)流量(liang)計因(yin)其計(ji)量精(jing)度高(gao)，重複(fu)性好(hao),耐高(gao)壓,很(hen)強的(de)抗幹(gan)擾能(neng)力，測(ce)量範(fan)圍寬(kuan)印等(deng)優點(dian)被廣(guang)泛應(ying)用。自(zi)1790年ReinhardWoltman發(fa)明第(di)一台(tai)渦輪(lun)流量(liang)計以(yi)來.流(liu)量計(ji)制造(zao)商和(he)儀器(qi)儀表(biao)科研(yan)院所(suo)在提(ti)高渦(wo)輪流(liu)量計(ji)測量(liang)性能(neng)方面(mian)作了(le)大量(liang)的工(gong)作。改(gai)進葉(ye)輪葉(ye)片的(de)結構(gou)、尺寸(cun)和材(cai)質,優(you)化傳(chuan)感器(qi)性能(neng)一直(zhi)都是(shi)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)研究(jiu)重點(dian)。
　　渦輪(lun)流量(liang)計的(de)缺點(dian)之一(yi)是需(xu)要定(ding)期(一(yi)般爲(wei)兩年(nian))校準(zhun)以保(bao)持其(qi)測量(liang)準确(que)性;另(ling)一個(ge)缺點(dian)是,即(ji)使在(zai)标定(ding)和使(shi)用過(guo)程中(zhong)都使(shi)用同(tong)一介(jie)質,由(you)于工(gong)況條(tiao)件(壓(ya)力，溫(wen)度，粘(zhan)度)改(gai)變引(yin)起的(de)物性(xing)變化(hua)對渦(wo)輪流(liu)量計(ji)精度(du)有不(bu)同程(cheng)度的(de)影響(xiang),技術(shu)人員(yuan)不得(de)不針(zhen)對現(xian)場工(gong)況增(zeng)加額(e)外的(de)校準(zhun)工作(zuo)。例如(ru)，在石(shi)油、天(tian)然氣(qi)的貿(mao)易交(jiao)接中(zhong),一旦(dan)管道(dao)中的(de)物質(zhi)或物(wu)性發(fa)生明(ming)顯變(bian)化，需(xu)要在(zai)現場(chang)重新(xin)标定(ding)渦輪(lun)流量(liang)計。又(you)如,爲(wei)了使(shi)渦輪(lun)流量(liang)計适(shi)用于(yu)多種(zhong)粘性(xing)差異(yi)很大(da)的烴(ting)類燃(ran)料,有(you)的校(xiao)準實(shi)驗室(shi)維護(hu)着多(duo)個流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置,每(mei)個裝(zhuang)置使(shi)用不(bu)同粘(zhan)度的(de)流體(ti)介質(zhi),有的(de)校準(zhun)實驗(yan)室建(jian)立了(le)以溶(rong)液配(pei)比調(diao)節或(huo)溫度(du)調節(jie)爲基(ji)本手(shou)段的(de)變粘(zhan)度試(shi)驗台(tai)。 氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計 制(zhi)造商(shang)一般(ban)提供(gong)的是(shi)常壓(ya)空氣(qi)下的(de)檢定(ding)或校(xiao)準證(zheng)書，檢(jian)定結(jie)論或(huo)校準(zhun)數據(ju)是否(fou)适用(yong)于城(cheng)市管(guan)網和(he)地區(qu)輸配(pei)氣幹(gan)線_上(shang)的中(zhong) 高壓(ya)天然(ran)氣渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 一直(zhi)存在(zai)争議(yi)。因此(ci)，渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)不同(tong)介質(zhi),不同(tong)工況(kuang)下的(de)标定(ding)曲線(xian)存在(zai)差異(yi)受到(dao)儀器(qi)儀表(biao)和流(liu)量測(ce)量學(xue)術界(jie)的關(guan)注。本(ben)文使(shi)用高(gao)壓空(kong)氣環(huan)道流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置标(biao)定渦(wo)輪流(liu)量計(ji),獲得(de)多個(ge)壓力(li)工況(kuang)下标(biao)定曲(qu)線簇(cu)的形(xing)态，通(tong)過一(yi)個渦(wo)輪流(liu)量計(ji)物理(li)模型(xing)的函(han)數形(xing)式爲(wei)不同(tong)工況(kuang)下标(biao)定曲(qu)線的(de)差異(yi)性變(bian)化趨(qu)勢提(ti)供合(he)理的(de)解釋(shi)。
1常壓(ya)空氣(qi)與高(gao)壓天(tian)然氣(qi)标定(ding)結果(guo)對比(bi)
　　2015年至(zhi)2018年，上(shang)海市(shi)計量(liang)測試(shi)技術(shu)研究(jiu)院使(shi)用常(chang)壓空(kong)氣流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置(量(liang)程2~4500m3/h,相(xiang)對擴(kuo)展不(bu)确定(ding)Urel=0.16%,k=2))對32台(tai)進口(kou)渦輪(lun)流量(liang)計實(shi)施檢(jian)定,流(liu)量計(ji)入關(guan)前都(dou)經過(guo)德國(guo)國家(jia)高壓(ya)天然(ran)氣流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置(量(liang)程3~6500m³/h,相(xiang)對擴(kuo)展不(bu)确定(ding)度Urel=0.12%,k=2)的(de)實流(liu)标定(ding)。常壓(ya)空氣(qi)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)的量(liang)值溯(su)源到(dao)中國(guo)氣體(ti)流量(liang)國家(jia)基準(zhun)，德國(guo)國家(jia)高壓(ya)天然(ran)氣流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置使(shi)用的(de)流量(liang)标準(zhun)值是(shi)荷蘭(lan)法國(guo)-德國(guo)協同(tong)參考(kao)值(harmonizedreferencevalue)。根(gen)據流(liu)量計(ji)的型(xing)号規(gui)格以(yi)及标(biao)定時(shi)的工(gong)況壓(ya)力,将(jiang)32台流(liu)量計(ji)分爲(wei)4組,對(dui)應的(de)工作(zuo)介質(zhi)及其(qi)物理(li)性質(zhi)如表(biao)1所示(shi)。标定(ding)數據(ju)經彙(hui)總整(zheng)理後(hou)繪制(zhi)成體(ti)積流(liu)量-誤(wu)差曲(qu)線，如(ru)圖1所(suo)示。
 
　　圖(tu)1所示(shi)的點(dian)對點(dian)誤差(cha)對比(bi)表明(ming)，對于(yu)不同(tong)的流(liu)量計(ji)規格(ge),兩個(ge)壓力(li)工況(kuang)下标(biao)定曲(qu)線之(zhi)間的(de)差異(yi)各不(bu)相同(tong),有的(de)差異(yi)不大(da),例如(ru)圖1(c)所(suo)示的(de)差距(ju)甚至(zhi)小于(yu)0.2%;有的(de)差異(yi)超過(guo)1%,且标(biao)定曲(qu)線的(de)形狀(zhuang)也完(wan)全不(bu)同,如(ru)圖1(d)所(suo)示。由(you)于中(zhong)德兩(liang)套标(biao)準裝(zhuang)置均(jun)經過(guo)嚴格(ge)的量(liang)值溯(su)源、穩(wen)定性(xing)考核(he)以及(ji)國家(jia)、地域(yu)之間(jian)的量(liang)值比(bi)對,可(ke)以排(pai)除由(you)于系(xi)統誤(wu)差導(dao)緻的(de)測量(liang)結果(guo)差異(yi)。通過(guo)比較(jiao)中德(de)兩套(tao)标準(zhun)裝置(zhi)的介(jie)質物(wu)性可(ke)知，即(ji)使介(jie)質的(de)動力(li)粘度(du)相近(jin)，高壓(ya)天然(ran)氣的(de)密度(du)與常(chang)壓空(kong)氣的(de)密度(du)存在(zai)數十(shi)倍的(de)差異(yi),因而(er)以體(ti)積流(liu)量來(lai)對比(bi)兩個(ge)工況(kuang)下的(de)誤差(cha)不符(fu)合流(liu)動相(xiang)似準(zhun)則的(de)要求(qiu),即不(bu)具備(bei)可比(bi)性。
 
 
　　圖(tu)2所示(shi)爲。上(shang)述渦(wo)輪流(liu)量計(ji)基于(yu)雷諾(nuo)數(Reynoldsnumber,Re)的(de)誤差(cha)對比(bi)。由于(yu)渦輪(lun)流量(liang)計一(yi)般是(shi)以體(ti)積流(liu)量标(biao)稱其(qi)量程(cheng)範圍(wei)，轉化(hua)到雷(lei)諾數(shu)後，常(chang)壓下(xia)雷諾(nuo)數量(liang)程與(yu)高壓(ya)下雷(lei)諾數(shu)量程(cheng)存在(zai)間隔(ge),兩個(ge)工況(kuang)壓力(li)相差(cha)越小(xiao)，間隔(ge)區間(jian)越小(xiao)，常壓(ya)雷諾(nuo)數上(shang)限的(de)誤差(cha)與高(gao)壓雷(lei)諾數(shu)下限(xian)的誤(wu)差越(yue)接近(jin)，圖2(b)與(yu)圖2(c)中(zhong)兩者(zhe)相差(cha)分别(bie)爲0.24%和(he)0.05%，可以(yi)認爲(wei)流量(liang)計的(de)誤差(cha)幾乎(hu)随雷(lei)諾數(shu)連續(xu)變化(hua)。圖2中(zhong)兩條(tiao)誤差(cha)曲線(xian)沒有(you)重疊(die)或交(jiao)集，意(yi)味着(zhe)流量(liang)計分(fen)别工(gong)作在(zai)不同(tong)的流(liu)動特(te)征區(qu)域，無(wu)法進(jin)行常(chang)壓空(kong)氣與(yu)高壓(ya)天然(ran)氣之(zhi)間的(de)點對(dui)點誤(wu)差對(dui)比。因(yin)此，需(xu)要增(zeng)加高(gao)壓空(kong)氣下(xia)的标(biao)定實(shi)驗。
 
 
 
2高(gao)壓空(kong)氣環(huan)道流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置
　　一(yi)台經(jing)過常(chang)壓空(kong)氣标(biao)定的(de)DN100渦輪(lun)流量(liang)計分(fen)别在(zai)高壓(ya)空氣(qi)環道(dao)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)(如圖(tu)3所示(shi))和德(de)國國(guo)家高(gao)壓天(tian)然氣(qi)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)(工作(zuo)壓力(li)5.1MPa)上接(jie)受标(biao)定。
 
　　高(gao)壓空(kong)氣環(huan)道流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置的(de)量程(cheng)爲13~4000m³/h,相(xiang)對擴(kuo)展不(bu)确定(ding)度U。=0.25%(k=2)，并(bing)聯使(shi)用一(yi)台DN80氣(qi)體容(rong)積式(shi)流量(liang)計(量(liang)程:13~250m³/h)，一(yi)台DN200渦(wo)輪流(liu)量計(ji)(量程(cheng):800~1600m³/h)和一(yi)台DN250渦(wo)輪流(liu)量計(ji)(量程(cheng):130~2500m³/h)作爲(wei)主标(biao)準器(qi)。裝置(zhi)通過(guo)高壓(ya)循環(huan)壓縮(suo)機驅(qu)動閉(bi)環回(hui)路中(zhong)的介(jie)質氣(qi)體實(shi)現所(suo)需的(de)流量(liang)，工作(zuo)壓力(li)調節(jie)範圍(wei)0.4~5.0MPa.系統(tong)外置(zhi)制冷(leng)機組(zu)和循(xun)環冷(leng)卻機(ji)，通過(guo)閉環(huan)回路(lu)中的(de)熱交(jiao)換器(qi)将每(mei)次标(biao)定循(xun)環使(shi)用的(de)氣體(ti)溫度(du)變化(hua)控制(zhi)在0.2℃以(yi)内。此(ci)外,裝(zhuang)置還(hai)配備(bei)了超(chao)聲流(liu)量計(ji)用于(yu)主标(biao)準器(qi)的在(zai)線核(he)查。
3結(jie)果與(yu)分析(xi)
3.1多工(gong)況下(xia)的标(biao)定結(jie)果
　　4個(ge)工況(kuang)下的(de)标定(ding)結果(guo)如圖(tu)4所示(shi)，誤差(cha)棒用(yong)各個(ge)裝置(zhi)的相(xiang)對測(ce)量不(bu)确定(ding)度表(biao)示。0.1MPa常(chang)壓空(kong)氣的(de)上限(xian)雷諾(nuo)數和(he)2.6MPa高壓(ya)空氣(qi)的下(xia)限雷(lei)諾數(shu)比較(jiao)接近(jin)，各自(zi)對應(ying)的誤(wu)差相(xiang)差0.24%。4個(ge)壓力(li)工況(kuang)(0.1.1.6、2.6和5.1MPa)下(xia)的标(biao)定曲(qu)線包(bao)含3段(duan)明顯(xian)的雷(lei)諾數(shu)重疊(die)區域(yu),區域(yu)内兩(liang)兩曲(qu)線之(zhi)間的(de)差異(yi)小于(yu)0.2%，而且(qie)2.6MPa空氣(qi)與高(gao)壓天(tian)然氣(qi)(5.1MPa)的标(biao)定曲(qu)線更(geng)爲接(jie)近，點(dian)對點(dian)差異(yi)甚至(zhi)小于(yu)0.1%。由于(yu)3個工(gong)況(常(chang)壓、高(gao)壓空(kong)氣和(he)天然(ran)氣)下(xia)的實(shi)驗相(xiang)互獨(du)立，标(biao)定數(shu)據兩(liang)兩之(zhi)間的(de)差異(yi)小于(yu)裝置(zhi)間的(de)合成(cheng)擴展(zhan)不确(que)定度(du)，說明(ming)渦輪(lun)流量(liang)計标(biao)定曲(qu)線随(sui)雷諾(nuo)數變(bian)化，而(er)且随(sui)着工(gong)況壓(ya)力增(zeng)加，标(biao)定曲(qu)線保(bao)持連(lian)續性(xing)延拓(tuo)。當Re>2.95x104,各(ge)個工(gong)況的(de)标定(ding)數據(ju)之間(jian)的差(cha)異不(bu)超過(guo)0.30%，如圖(tu)4帶狀(zhuang)區域(yu)所示(shi)，且随(sui)着雷(lei)諾數(shu)增加(jia),這種(zhong)差異(yi)呈現(xian)出逐(zhu)漸縮(suo)小的(de)趨勢(shi)，曲線(xian)也逐(zhu)漸相(xiang)互接(jie)近。基(ji)于渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在高(gao)雷諾(nuo)數區(qu)域表(biao)現出(chu)的這(zhe)一特(te)性，技(ji)術人(ren)員就(jiu)能夠(gou)以較(jiao)高的(de)置信(xin)度估(gu)計出(chu)流量(liang)計在(zai)其他(ta)相近(jin)工況(kuang)壓力(li)下的(de)誤差(cha)。
 
　　需要(yao)指出(chu)的是(shi)，上述(shu)實驗(yan)是在(zai)流量(liang)計制(zhi)造商(shang)限定(ding)的體(ti)積流(liu)量量(liang)程内(nei)進行(hang),僅在(zai)部分(fen)雷諾(nuo)數重(zhong)疊區(qu)存在(zai)誤差(cha)的點(dian)對點(dian)比較(jiao)，爲了(le)擴大(da)比較(jiao)範圍(wei)，有必(bi)要将(jiang)标定(ding)實驗(yan)拓展(zhan)到流(liu)量計(ji)量程(cheng)的下(xia)限以(yi)下。爲(wei)此，在(zai)高壓(ya)空氣(qi)環道(dao)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)的3個(ge)工況(kuang)(1.6.3.2.5.0MPa)下對(dui)一台(tai)DN150的渦(wo)輪流(liu)量計(ji)進行(hang)多點(dian)标定(ding)，結果(guo)如圖(tu)5所示(shi)。
　　渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)始動(dong)階段(duan)需要(yao)克服(fu)機械(xie)阻力(li)所産(chan)生的(de)制動(dong)轉矩(ju)，因而(er)标定(ding)曲線(xian)都是(shi)從負(fu)偏差(cha)開始(shi)向正(zheng)偏差(cha)方向(xiang)延伸(shen)。在雷(lei)諾數(shu)的低(di)區各(ge)個工(gong)況數(shu)據之(zhi)間呈(cheng)現出(chu)明顯(xian)的分(fen)散性(xing),且工(gong)況壓(ya)力相(xiang)差越(yue)大，分(fen)散性(xing)特征(zheng)越顯(xian)著,點(dian)對點(dian)誤差(cha)比較(jiao)最大(da)相差(cha)約爲(wei)0.65%。随着(zhe)雷諾(nuo)數上(shang)升，不(bu)同工(gong)況壓(ya)力下(xia)的數(shu)據點(dian)逐漸(jian)接近(jin)，趨于(yu)收斂(lian)，如圖(tu)5中兩(liang)條輪(lun)廓虛(xu)線所(suo)示，最(zui)終點(dian)對點(dian)誤差(cha)比較(jiao)僅有(you)0.1%的差(cha)異。
 
3.2渦(wo)輪流(liu)量計(ji)物理(li)模型(xing)的函(han)數形(xing)式
　　使(shi)用不(bu)同粘(zhan)度液(ye)體的(de)渦輪(lun)流量(liang)計标(biao)定實(shi)驗也(ye)可以(yi)觀察(cha)到标(biao)定曲(qu)線的(de)分散(san)現象(xiang)。例如(ru)，同一(yi)流量(liang)計在(zai)航空(kong)燃料(liao)(μ=1.2x10-6m2/s)和液(ye)壓油(you)(μ=16x10-6m2/s~100x10-6m2/s)下的(de)标定(ding)曲線(xian)會相(xiang)差0.6%~2.2%8每(mei)一種(zhong)粘度(du)介質(zhi)對應(ying)不同(tong)的标(biao)定曲(qu)線，除(chu)非流(liu)量計(ji)在某(mou)個指(zhi)定并(bing)且恒(heng)定粘(zhan)度的(de)介質(zhi)下工(gong)作，否(fou)則，用(yong)戶要(yao)想獲(huo)得.正(zheng)确的(de)測量(liang)結果(guo)，不得(de)不依(yi)賴于(yu)變粘(zhan)度試(shi)驗台(tai)。爲了(le)克服(fu)這個(ge)困難(nan)，研究(jiu)人員(yuan)引入(ru)了通(tong)用粘(zhan)度曲(qu)線(universalviscositycurve,UVC)回(hui),使用(yong)儀表(biao)系數(shu)K,(單位(wei)體積(ji)流體(ti)通過(guo)流量(liang)計時(shi)，流量(liang)計輸(shu)出的(de)脈沖(chong)數)與(yu)ƒ/v(流量(liang)計輸(shu)出頻(pin)率與(yu)介質(zhi)運動(dong)粘度(du)之比(bi))的關(guan)系繪(hui)制标(biao)定曲(qu)線，該(gai)方法(fa)将體(ti)積流(liu)量qv用(yong)流量(liang)計輸(shu)出頻(pin)率f來(lai)表示(shi)，使用(yong)ƒ/v來歸(gui)并體(ti)積流(liu)量和(he)運動(dong)粘度(du)，如式(shi)(1)所示(shi)，通用(yong)粘度(du)曲線(xian)本質(zhi)上反(fan)映了(le)流量(liang)計靈(ling)敏度(du)與雷(lei)諾數(shu)的關(guan)系:
 
d是(shi)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)口徑(jing)。将不(bu)同粘(zhan)度下(xia)流量(liang)計的(de)标定(ding)數據(ju)繪制(zhi)在一(yi)張圖(tu)内,形(xing)成一(yi)條平(ping)滑的(de)标定(ding)曲線(xian).那麽(me)該标(biao)定曲(qu)線就(jiu)可以(yi)适用(yong)多種(zhong)粘度(du),精度(du)在+0.5%以(yi)内。但(dan)是通(tong)，用粘(zhan)度曲(qu)線僅(jin)适用(yong)于雷(lei)諾數(shu)相關(guan)區域(yu),在該(gai)區域(yu)内渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的示(shi)值誤(wu)差(或(huo)儀表(biao)系數(shu))隻與(yu)雷諾(nuo)數有(you)關,而(er)在适(shi)用範(fan)圍之(zhi)外,就(jiu)會出(chu)現随(sui)粘度(du)變化(hua)的分(fen)散性(xing)特征(zheng)。
　　從上(shang)述分(fen)析可(ke)知，影(ying)響渦(wo)輪流(liu)量計(ji)精度(du)的相(xiang)關特(te)性是(shi)介質(zhi)的運(yun)動粘(zhan)度,而(er)不是(shi)動力(li)粘度(du)。Lee等[10-41和(he)Rubin等[12通(tong)過動(dong)量和(he)機翼(yi)理論(lun)确定(ding)了流(liu)體阻(zu)力矩(ju),由于(yu)當時(shi)研究(jiu)對象(xiang)是氣(qi)體，在(zai)量程(cheng)的高(gao)區部(bu)分,氣(qi)體動(dong)力粘(zhan)度變(bian)化的(de)影響(xiang)很小(xiao)，于是(shi)他們(men)簡化(hua)了軸(zhou)承阻(zu)力矩(ju)的影(ying)響，并(bing)認爲(wei)其在(zai)所研(yan)究的(de)雷諾(nuo)數範(fan)圍内(nei)保持(chi)不變(bian),他們(men)的标(biao)定數(shu)據表(biao)明,儀(yi)表系(xi)數是(shi)雷諾(nuo)數的(de)近似(si)線性(xing)函數(shu)。當把(ba)Lee的模(mo)型應(ying)用到(dao)液體(ti)時,卻(que)無法(fa)解釋(shi)爲何(he)在低(di)雷諾(nuo)數範(fan)圍,流(liu)量計(ji)在不(bu)同粘(zhan)度介(jie)質下(xia)的标(biao)定曲(qu)線出(chu)現分(fen)散。[13][14]Pope等(deng)和Wright等(deng)在研(yan)究丙(bing)二醇(chun)水混(hun)合物(wu)替代(dai)Stoddard輕質(zhi)礦物(wu)油作(zuo)爲渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的校(xiao)準介(jie)質時(shi)擴展(zhan).了Lee模(mo)型.把(ba)軸承(cheng)阻力(li)矩引(yin)入對(dui)理想(xiang)流量(liang)計儀(yi)表系(xi)數K;(rad/m')的(de)修正(zheng),将基(ji)于角(jiao)頻率(lü)o(rad/s)的流(liu)量計(ji)儀表(biao)系數(shu)Kw(rad/m2)表示(shi)爲:
 
　　式(shi)(5)中4個(ge)含待(dai)定系(xi)數的(de)修正(zheng)項依(yi)次分(fen)别爲(wei):流體(ti)阻力(li)項，軸(zhou)承靜(jing)态阻(zu)力項(xiang)，軸承(cheng)粘性(xing)阻力(li)項,以(yi)及由(you)于軸(zhou)向推(tui)力和(he)轉子(zi)系統(tong)的動(dong)态不(bu)平衡(heng)引起(qi)的軸(zhou)承阻(zu)力項(xiang)。最後(hou)一項(xiang)影響(xiang)很小(xiao)，可以(yi)忽略(lue)不計(ji)。在研(yan)究中(zhong)高壓(ya)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計時(shi)考慮(lü)到軸(zhou)與軸(zhou)承之(zhi)間的(de)潤滑(hua)油處(chu)于層(ceng)流狀(zhuang)态，認(ren)爲渦(wo)輪軸(zhou)承阻(zu)力矩(ju)與其(qi)渦輪(lun)旋轉(zhuan)角速(su)度呈(cheng)一階(jie)線性(xing)關系(xi),他們(men)在“渦(wo)輪減(jian)速”實(shi)驗中(zhong)發現(xian),軸承(cheng)阻力(li)對渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的影(ying)響在(zai)低雷(lei)諾數(shu)下尤(you)其明(ming)顯,基(ji)于實(shi)驗數(shu)據,提(ti)出了(le)以下(xia)的模(mo)型:
 
3.3分(fen)析與(yu)解釋(shi)
　　由式(shi)(5)~(7)可知(zhi),無論(lun)工作(zuo)介質(zhi)是液(ye)體還(hai)是氣(qi)體，渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的标(biao)定誤(wu)差模(mo)型都(dou)包括(kuo)兩部(bu)分,僅(jin)和雷(lei)諾數(shu)有關(guan)的流(liu)體阻(zu)力項(xiang),和體(ti)積流(liu)量qv有(you)關的(de)軸承(cheng)阻力(li)項。Lee的(de)研究(jiu)工作(zuo)忽略(lue)了介(jie)質的(de)運動(dong)粘度(du)對軸(zhou)承阻(zu)力矩(ju)的影(ying)響,按(an)照Lee的(de)原始(shi)模型(xing),隻要(yao)雷諾(nuo)數相(xiang)同,無(wu)論動(dong)力粘(zhan)度(對(dui)于液(ye)體)、工(gong)作壓(ya)力(對(dui)于氣(qi)體)如(ru)何變(bian)化，僅(jin)考慮(lü)流體(ti)粘性(xing)阻力(li)的标(biao)定曲(qu)線一(yi)定不(bu)會出(chu)現分(fen)散,而(er)軸承(cheng)阻力(li)項恰(qia)怡是(shi)造成(cheng)曲線(xian)分散(san)的原(yuan)因,對(dui)于液(ye)體介(jie)質，不(bu)同的(de)動力(li)粘度(du)導緻(zhi)曲線(xian)分散(san)。對于(yu)氣體(ti),需要(yao)進--步(bu)分析(xi)式(5)~(7)中(zhong)的軸(zhou)承阻(zu)力項(xiang)。由式(shi)(1)可知(zhi)，雷諾(nuo)數通(tong)過運(yun)動粘(zhan)度關(guan)聯體(ti)積流(liu)量,将(jiang)式(5)~(7)中(zhong)代表(biao)軸承(cheng)阻力(li)項的(de)共有(you)部分(fen)作如(ru)下變(bian)換:
 
　　由(you)于氣(qi)體的(de)動力(li)粘度(du)幾乎(hu)不随(sui)壓力(li)變化(hua)，故軸(zhou)承阻(zu)力項(xiang)和雷(lei)諾數(shu)以及(ji)由壓(ya)力引(yin)起的(de)氣體(ti)密度(du)有關(guan),所以(yi)會出(chu)現對(dui)于同(tong)一個(ge)雷諾(nuo)數，不(bu)同工(gong)作壓(ya)力下(xia)的标(biao)定數(shu)據存(cun)在顯(xian)著差(cha)異,但(dan)是這(zhe)一分(fen)散性(xing)特征(zheng)被限(xian)制在(zai)低雷(lei)諾數(shu)區域(yu)，随着(zhe)雷諾(nuo)數的(de)平方(fang)級增(zeng)加趨(qu)于消(xiao)失,因(yin)而在(zai)高雷(lei)諾數(shu)區域(yu),多個(ge)壓力(li)工況(kuang)下的(de)标定(ding)曲線(xian)逐漸(jian)聚合(he)爲一(yi)條僅(jin)和雷(lei)諾數(shu)有關(guan)的曲(qu)線(嚴(yan)格來(lai)說是(shi),多條(tiao)非常(chang)接近(jin)的标(biao)定曲(qu)線),此(ci)時,流(liu)量計(ji)的誤(wu)差僅(jin)受流(liu)體粘(zhan)性阻(zu)滞的(de)影響(xiang),且工(gong)況壓(ya)力越(yue)高,氣(qi)體密(mi)度越(yue)大,進(jin)入聚(ju)合區(qu)域時(shi)的雷(lei)諾數(shu)也越(yue)大,或(huo)者,運(yun)動粘(zhan)度越(yue)大的(de)标定(ding)曲線(xian)越早(zao)進入(ru)聚合(he)區。
　　在(zai)測量(liang)推進(jin)系統(tong)的液(ye)氫流(liu)量過(guo)程中(zhong),爲了(le)降低(di)危險(xian)和實(shi)驗成(cheng)本,使(shi)用高(gao)壓氮(dan)氣模(mo)拟液(ye)氫标(biao)定一(yi)台1.5inch3渦(wo)輪流(liu)量計(ji),實驗(yan)工況(kuang)及物(wu)性參(can)數如(ru)表2所(suo)示。
 
　　各(ge)個工(gong)況下(xia)的标(biao)定曲(qu)線如(ru)圖6所(suo)示，試(shi)驗結(jie)果用(yong)儀表(biao)系數(shu)K,表示(shi)，原技(ji)術報(bao)告是(shi)以水(shui)标定(ding)的儀(yi)表系(xi)數作(zuo)爲參(can)照,經(jing)歸--化(hua)處理(li)後作(zuo)爲縱(zong)坐标(biao),橫坐(zuo)标是(shi)體積(ji)流量(liang)量程(cheng)的百(bai)分比(bi),爲方(fang)便分(fen)析,将(jiang)标定(ding)數據(ju)轉爲(wei)圖7所(suo)示(橫(heng)坐标(biao)以雷(lei)諾數(shu)表示(shi))。物性(xing)方面(mian),58.9和78.9atm的(de)高壓(ya)氮氣(qi)分别(bie)與液(ye)氫的(de)密度(du)和運(yun)動粘(zhan)度很(hen)接近(jin),所以(yi)标定(ding)結果(guo)對比(bi)符合(he)流動(dong)相似(si)準則(ze)的要(yao)求。6組(zu)标定(ding)數據(ju)在量(liang)程的(de)低區(qu)(<50%FS,Re<5x10')差異(yi)較大(da),标定(ding)曲線(xian)呈現(xian)出“扇(shan)形”特(te)征，随(sui)着雷(lei)諾數(shu)上升(sheng),差異(yi)逐漸(jian)減小(xiao)“扇形(xing)”趨于(yu)收斂(lian)。4個高(gao)壓氮(dan)氣(工(gong)況壓(ya)力≥38.1atm)以(yi)及液(ye)氫的(de)标定(ding)數據(ju)在量(liang)程的(de)高區(qu)很接(jie)近,5條(tiao)标定(ding)曲線(xian)聚合(he)于一(yi)個0.5%的(de)區間(jian)(如圖(tu)7中帶(dai)狀部(bu)分所(suo)示)。如(ru)果以(yi)該區(qu)間作(zuo)爲僅(jin)與雷(lei)諾數(shu)相關(guan)的聚(ju)合域(yu),4條高(gao)壓氮(dan)氣标(biao)定曲(qu)線随(sui)着壓(ya)力的(de)上升(sheng)，依次(ci)進入(ru)該區(qu)間，正(zheng)如前(qian)文的(de)分析(xi),工況(kuang)壓力(li)越高(gao),進入(ru)聚合(he)域所(suo)對應(ying)的雷(lei)諾數(shu)也越(yue)大。
 

 
4結(jie)論
　　介(jie)質的(de)運動(dong)粘度(du)是影(ying)響渦(wo)輪流(liu)量計(ji)精度(du)的重(zhong)要因(yin)素。對(dui)于液(ye)體介(jie)質,一(yi)般通(tong)過改(gai)變溫(wen)度、改(gai)變混(hun)合溶(rong)液的(de)配比(bi)實現(xian)變粘(zhan)度的(de)标定(ding)實驗(yan),來研(yan)究渦(wo)輪流(liu)量計(ji)在多(duo)工況(kuang)下的(de)标定(ding)曲線(xian)。對于(yu)氣體(ti)介質(zhi),往往(wang)是通(tong)過改(gai)變工(gong)作壓(ya)力來(lai)觀察(cha)标定(ding)曲線(xian)的差(cha)異。限(xian)于标(biao)準裝(zhuang)置的(de)功能(neng)和調(diao)壓能(neng)力。本(ben)文使(shi)用常(chang)壓、中(zhong)高壓(ya)氣體(ti)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)标定(ding)渦輪(lun)流量(liang)計,實(shi)驗結(jie)果表(biao)明，與(yu)工況(kuang)壓力(li)有關(guan)的軸(zhou)承阻(zu)力導(dao)緻對(dui)應的(de)标.定(ding)曲線(xian)在低(di)雷諾(nuo)數區(qu)域存(cun)在顯(xian)著差(cha)異,随(sui)着雷(lei)諾數(shu)增加(jia)，差異(yi)減小(xiao)，各條(tiao)曲線(xian)趨于(yu)一個(ge)僅和(he)雷諾(nuo)數相(xiang)關的(de)聚合(he)域，而(er)且随(sui)着工(gong)況壓(ya)力的(de)增加(jia),标定(ding)曲線(xian)保持(chi)連續(xu)性延(yan)拓，于(yu)是,技(ji)術人(ren)員就(jiu)能夠(gou)在雷(lei)諾數(shu)重疊(die)區域(yu)以較(jiao)高的(de)置信(xin)度估(gu)計出(chu)流量(liang)計在(zai)其他(ta)相近(jin)工況(kuang)壓力(li)下的(de)标定(ding)誤差(cha)。這有(you)利于(yu)減弱(ruo)工況(kuang)引起(qi)的物(wu)性變(bian)化對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計精(jing)度的(de)影響(xiang),一方(fang)面,如(ru)果制(zhi)造商(shang)能夠(gou)在渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的高(gao)雷諾(nuo)數區(qu)保持(chi)良好(hao)的線(xian)性度(du),那麽(me)流量(liang)計就(jiu)能以(yi)較高(gao)的置(zhi)信度(du)适用(yong)于多(duo)個壓(ya)力工(gong)況，而(er)且中(zhong)壓工(gong)況下(xia)的标(biao)定曲(qu)線能(neng)夠以(yi)較小(xiao)的雷(lei)諾數(shu)先于(yu)高壓(ya)工況(kuang)進入(ru)聚合(he)域,這(zhe)有利(li)于标(biao)準表(biao)法流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置的(de)選型(xing)工作(zuo)，另一(yi).方面(mian),裝置(zhi)的設(she)計者(zhe)需要(yao)避免(mian)标準(zhun)流量(liang)計工(gong)作在(zai)軸承(cheng)阻滞(zhi)效應(ying)顯著(zhe)的低(di)雷諾(nuo)數區(qu)域。
　　本(ben)文的(de)實驗(yan)和引(yin)用結(jie)果并(bing)沒有(you)發現(xian)工作(zuo)介質(zhi)種類(lei)的差(cha)異(例(li)如天(tian)然氣(qi)和空(kong)氣，氮(dan)氣和(he)液氫(qing))對渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的标(biao)定結(jie)果有(you)明顯(xian)的影(ying)響。由(you)于直(zhi)排式(shi)高壓(ya)天然(ran)氣流(liu)量标(biao)定裝(zhuang)置的(de)成本(ben)及安(an)全性(xing)保護(hu)措施(shi)投入(ru)非常(chang)巨大(da),而高(gao)壓空(kong)氣環(huan)道氣(qi)體流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置的(de)優點(dian)日益(yi)凸顯(xian)，德國(guo)聯邦(bang)物理(li)技術(shu)研究(jiu)院已(yi)經批(pi)準使(shi)用高(gao)壓空(kong)氣替(ti)代高(gao)壓天(tian)然氣(qi)進行(hang)貿易(yi)交接(jie)計量(liang),并在(zai)多個(ge)校準(zhun)機構(gou)實施(shi),取得(de)了很(hen)好的(de)效果(guo)。我國(guo)儀器(qi)儀表(biao)科研(yan)院所(suo)和計(ji)量技(ji)術機(ji)構都(dou)已經(jing)開始(shi)這方(fang)面的(de)研發(fa)工作(zuo)[因，大(da)批城(cheng)市管(guan)網和(he)地區(qu)輸配(pei)氣幹(gan)線上(shang)中高(gao)壓天(tian)然氣(qi)流量(liang)計将(jiang)通過(guo)高壓(ya)空氣(qi)流量(liang)标準(zhun)裝置(zhi)得到(dao)溯源(yuan)，特别(bie)是涉(she)及貿(mao)易結(jie)算的(de)渦輪(lun)流量(liang)計将(jiang)能夠(gou)得到(dao)有效(xiao)的法(fa)制監(jian)督和(he)管理(li)。

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