摘(zhāi)要：蒸汽流量(liàng)量值體系的(de)溯源是保證(zheng)蒸汽流量測(ce)量準确的關(guan)鍵。基于流體(ti)力學、熱力學(xué)以及渦街流(liu)量計旋渦的(de)産生機理，分(fèn)析不同介質(zhi)對渦街流量(liang)計的計量特(te)性的影🏃響，介(jiè)質粘度的不(bú)同導緻了三(san)種介質測試(shì)下雷諾數的(de)不同，影響到(dào)斯特勞哈數(shù)差異。但對渦(wo)街流量計的(de)儀表系數影(yǐng)響不大，可忽(hu)略其影響。介(jie)🏃‍♀️質粘度的不(bu)同♈會導緻流(liu)量範圍的不(bu)同。該分析将(jiāng)有利于提高(gāo)渦街流量計(jì)測量蒸汽流(liú)量的計量精(jīng)度。
1 蒸汽介質(zhì)的影響因素(su)
　　所謂渦街流(liú)量計(亦稱旋(xuán)渦流量計)，其(qi)工作機理是(shi)“卡門渦街”，是(shi)一類流體振(zhen)蕩式的測量(liang)儀器。“卡門渦(wō)街”的原理是(shi)：待測管道流(liú)體中放進一(yi)根(或數根)非(fēi)流線型截面(miàn)的旋渦發☁️生(shēng)體，等到雷諾(nuo)數到達特定(ding)數值，在旋渦(wo)發生體兩側(ce)分離出兩串(chuan)交錯有序的(de)旋渦，此過程(chéng)具有交替性(xing)，我們将這種(zhong)旋渦叫作卡(kǎ)門渦街[3]。在特(tè)定雷諾數範(fan)圍之😘間，旋渦(wo)的分離頻率(lü)同旋渦發生(sheng)體與管道的(de)幾何尺寸息(xi)息相關。數據(ju)表明，旋渦的(de)分離頻⭐率同(tong)流量存在正(zhèng)相關性，此頻(pin)率可通過‼️傳(chuan)感器獲得。以(yǐ)上渦街流量(liàng)計與卡門渦(wo)🌐街的關系可(ke)從圖1看出，二(er)者有如下邏(luo)輯關系：

式中(zhong)：
f 爲旋渦分離(lí)頻率，Hz ；
Sr爲斯特(tè)勞哈爾數；
U1爲(wei)旋渦發生體(tǐ)兩側的平均(jun1)流速，m/s ；
d爲旋渦(wō)發生體迎流(liu)面的寬度，m；
U爲(wei)被測介質來(lai)流的平均流(liú)速，m/s ；
m爲旋渦發(fa)生體兩側弓(gōng)形面積與管(guan)道橫截面面(miàn)積之比。不可(kě)壓縮流體中(zhong)，由于流體密(mi)度?不變，由連(lian)續性方程可(kě)得到：m=U/U1 。

式中：
K爲(wei)渦街流量計(jì)的儀表系數(shu)，1 /m3。
　　通過式（3）不難(nan)看出，儀表系(xì)數K是渦街流(liú)量計的計量(liang)⭕特性的定量(liàng)表征，數據表(biǎo)明，其儀表系(xi)數隻和其機(ji)械結構與斯(sī)特⚽勞哈爾數(shu)有關，同來流(liú)流量并無相(xiàng)關性。
蒸汽對(duì)渦街流量計(ji)計量特性存(cun)在較大影響(xiang)。可總結爲三(sān)個方✔️面：
第一(yi)，從公式（3）中能(neng)夠得出，機械(xiè)結構尺寸D、m、d 以(yǐ)及斯特勞🈲哈(hā)爾數Sr這些參(can)數與K值大小(xiao)存在較大關(guan)聯性。基于物(wu)😘理原理研究(jiu)發🏃現，在流體(tǐ)介質條件存(cún)在差異♊情況(kuang)下，機械結構(gòu)尺寸的改變(biàn)一般是與溫(wēn)度的改變引(yǐn)發的熱脹冷(leng)縮效應息息(xī)相關。
第二，雷(léi)諾數對斯特(te)勞哈爾數Sr産(chan)生較大影響(xiang)，前者又與粘(zhān)度密切相關(guan)，而粘度的差(chà)異性又取決(jue)于流體的差(chà)異，既而引發(fā)斯特勞哈爾(ěr)數Sr的區别。
第(di)三，公式（3）的推(tui)導過程是以(yi)不可壓縮流(liu)體爲前提的(de)，當👣換⚽作氣體(ti)介質時，由于(yú)可壓縮性的(de)區别或許☎️會(huì)引發儀表系(xi)數産生誤差(chà)。以上三個因(yīn)素對于渦♌街(jie)流量計的影(ying)響将在下一(yī)節進一步探(tan)讨。
2 蒸汽介質(zhi)斯特勞哈爾(er)數的影響
　　嚴(yan)格而言，斯特(te)勞哈爾數是(shì)一種相似準(zhun)則，是在讨論(lùn)流體力學中(zhōng)物理相似和(hé)模化是引入(rù)的概念[4]。其是(shi)用來表征旋(xuan)渦頻率和阻(zǔ)流體特征尺(chi)寸、流速關📞系(xi)的。在特定雷(léi)諾數區❗間中(zhōng)，旋渦的分離(lí)頻率和旋渦(wo)發生體與管(guan)道的幾何尺(chi)寸🆚密切相關(guan)🌈，換言之斯特(te)勞哈數可視(shì)爲定量。由圖(tu)2可看出，在💃Re D=2×104 7×106區(qū)間内，斯特勞(láo)哈數是定值(zhi)，此也是儀表(biǎo)的正常工作(zuo)區間。
　　現實情(qing)形下，Sr即便在(zài)Re D=2×104 7×106區間内，也與(yǔ)Re D的改變發生(shēng)變化🌐，參⁉️照1989年(nian)日本制訂的(de)渦街流量計(ji)工業标準JISZ8766《渦(wo)街流👨‍❤️‍👨量計——流(liu)量測量🏃方法(fǎ)》。2002年加以修訂(ding)，把渦街流量(liang)計發生體的(de)固定形式歸(gui)爲兩種，《标準(zhun)》規定的旋渦(wo)設計，發生體(tǐ)依據插入測(ce)量管頂端固(gu)定與否區别(bie)爲标🙇🏻準1型與(yǔ)标準2型，它們(men)的Sr值🈲存在較(jiao)小區别，詳見(jian)表1數🥰據。


　　标準(zhǔn)2型Sr的平均值(zhí)是0.25033，它的标準(zhun)偏差是0.12%；而标(biao)準1型爲0.3%，現🔱階(jiē)段我國一般(ban)廣泛采用标(biao)準1型。而标準(zhun)2型在日本橫(heng)河儀表研制(zhì)的渦街❌流量(liàng)計普遍采用(yòng)。
　　通過雷諾數(shu)的推導公式(shì)不難得出，檢(jiǎn)測時，蒸汽和(he)空氣因🤟爲粘(zhan)度的區别，會(huì)引發雷諾數(shù)存在差異。參(can)照一般實驗(yan)情況下🈲三類(lei)❄️流體介質的(de)工況差異，它(ta)✊們的運動粘(zhan)度詳見表2：

式(shi)中：
ρ表征介質(zhi)密度；
D 表征管(guǎn)徑；
u 表征流速(sù)；η表征介質動(dong)力粘度；
v 表征(zhēng)介質運動粘(zhān)度。

　　通過以上(shang)各參數數據(ju)不難發現，水(shui)的運動粘度(dù)最低，空氣♌最(zuì)高，蒸汽介于(yú)二者之間。三(san)者比例是1：15：4。所(suo)以若使雷諾(nuò)數一緻，應使(shi)水的流速最(zuì)小，空氣最大(da)，蒸汽在區‼️間(jian)取值。在對儀(yi)表的系數進(jin)行🌍檢定過程(cheng)中，通常應考(kǎo)慮雷諾數一(yī)緻時，真實測(cè)量過程中的(de)差異性誤差(chà)。尤🙇🏻其在蒸汽(qì)的測量時，儀(yí)表量程的選(xuǎn)型⭕是參照在(zai)空☔氣❌介質下(xià)測量獲👨‍❤️‍👨得的(de)體積流量區(qu)間與蒸汽的(de)☂️密度乘積，推(tuī)導出蒸汽的(de)體積流量區(qū)間。這種算法(fǎ)會引發差㊙️異(yì)性介質下雷(lei)諾數的區間(jian)差異。細緻分(fèn)析上表可得(de)出，隻要雷諾(nuo)數在既定範(fàn)圍内，檢定過(guo)程中并不會(hui)由于介質的(de)不同造成較(jiào)大🍓的誤差，這(zhè)個🙇‍♀️影響可不(bu)考慮。但雷諾(nuo)數不可超出(chū)規定區⭐間，否(fou)則會引發Sr的(de)較大差異，造(zao)成誤差。
　　通過(guo)表3不難發現(xiàn)，要得出渦街(jie)流量計基于(yú)最低流✨量的(de)限雷諾數，口(kou)徑一緻情況(kuang)下三類介質(zhì)的最小流速(su)應滿足1.0：4.0：15.0的大(da)緻比例。所以(yi)不可以将空(kōng)氣介質下的(de)體積流量區(qu)間等同于蒸(zheng)汽介質下的(de)數值。
3 蒸汽介(jiè)質物理特性(xing)影響分析
　　物(wu)理學家範德(de)瓦爾斯特實(shí)驗室中，發現(xian)了水蒸氣的(de)物理性質，得(dé)出氣體分子(zǐ)間有着一定(dìng)作用力，繼而(er)推導出⭐氣體(tǐ)的狀态方💋程(chéng)以輔助理論(lùn)驗證，這就是(shì)著名的範德(de)瓦爾斯特氣(qi)體💁狀态方程(cheng)[5]。進一步研究(jiu)發現，水蒸汽(qi)的分💔子的體(tǐ)積和相互的(de)作用力比👌較(jiào)大，無法以理(li)想的氣體狀(zhuang)态方程加以(yi)表征。參照範(fàn)德瓦爾斯特(te)公式（5）的計算(suàn)過程：

式中：?
p爲(wei)壓強；
V爲1摩爾(er)氣體的體積(ji)；
R爲普适氣體(ti)常數；
a爲度量(liàng)分子間引力(lì)的參數；
b爲1摩(mo)爾分子本身(shen)包含的體積(ji)之和。
　　以上公(gōng)式（5）中因子a和(hé)b的值因氣體(tǐ)的性質不同(tong)而存在差異(yi)，一般地，氣體(tǐ)的分子間引(yǐn)力參數a與b分(fen)子體積 表🐕述(shu)如表3所示。

　　氣(qi)體分子間的(de)吸引力與間(jian)距存在負相(xiang)關性，也就是(shì)密度的概念(niàn)。把此理論使(shi)用在渦街流(liú)量計的測❗量(liang)過程中，通過(guò)💃🏻表中的數據(ju)不難發現，水(shui)蒸汽分子間(jiān)的吸引力a的(de)數值較大，相(xiang)當于氧氣與(yǔ)氮氣的4倍多(duō)。所以，在測量(liang)實際氣體時(shi)，基于同等壓(ya)力條件，水的(de)分子間的吸(xī)引力的數值(zhi)較蒸汽與空(kong)氣大得多，而(er)蒸汽又顯著(zhe)大于空氣。用(yòng)渦㊙️街流量計(ji)進行測量時(shí)，發生體兩側(ce)的位置因爲(wei)流速加大，引(yǐn)起靜壓力減(jian)小，體積擴張(zhang)，流體密度随(suí)之減小，而水(shui)介質由于分(fèn)子間作用力(li)大，并無明顯(xian)膨脹情況。蒸(zheng)汽的分子間(jian)的吸引力比(bǐ)空♌氣大，所以(yǐ)前者膨脹性(xing)更低，密度👌變(biàn)化也更小。參(cān)考流量的連(lian)☔續性方程得(dé)出，因爲空氣(qì)密度變化更(geng)大，所以它的(de)發生體兩側(ce)的流量變化(hua)較蒸汽介質(zhì)更大，所以它(tā)的儀表系數(shù)比蒸汽介質(zhi)變化更顯著(zhe)。

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