摘要(yao):霧狀流條件下(xià),離散液相對渦(wō)街流量計 測量(liàng)誤差的影響。對(duì)實驗結果的進(jin)一步分析表明(míng)，均相流模🎯型并(bing)不适合于渦街(jiē)流量計在霧狀(zhuàng)流中的測量.實(shí)驗在多相🏃流裝(zhuang)置上口徑爲50mm的(de)水平管段🧑🏽‍🤝‍🧑🏻上進(jìn)行,在保.證氣相(xiàng)流量不變的條(tiao)件下，研究了0~01%液(ye)相含率範圍内(nèi)渦街流量計的(de)測量誤差,渦街(jiē)産生🌈的頻率值(zhí)是♍通過對模拟(nǐ)😄信号進行傅立(lì)葉變換來🔞獲取(qu)的.利用數值仿(pang)真的方法🏃🏻研究(jiū)了旋渦發生體(ti)上渦量場的變(biàn)化,理論上解釋(shi)了霧狀流中渦(wō)街流✔️量計測量(liàng)誤差産生的原(yuan)因。
1引言
　　霧狀流(liu)是化工行業中(zhong)常見的一種流(liu)型,表現爲氣相(xiàng)占絕大部分爲(wei)連續相,液相占(zhàn)小部分爲離散(sàn)相。目前用到霧(wu)狀流測量的流(liu)量儀表有孔闆(pan)文丘裏管.内錐(zhuī)渦街以及渦輪(lun)流量計📞其中孔(kong)闆和文丘裏🏃‍♂️管(guan)流量計應用廣(guang)泛,對于其它🥰幾(jǐ)種流量計在霧(wu)狀🔞流中應用的(de)🏃‍♀️報道還較少🔞。
　　對(duì)于渦街流量計(jì)在霧狀流中的(de)測量,一些研究(jiū)者已經做過研(yan)🚶究。在油田現場(chang)和實驗室的霧(wu)狀流條件下對(dui)渦街流量計進(jìn)行了實驗,實驗(yàn)結果表明液相(xiàng)含量㊙️的增加會(huì)明顯📐地增加渦(wo)街流㊙️量計的測(ce)量♻️誤差油田🌏現(xiàn)場的高壓條件(jiàn)下對渦街流量(liang)計在霧🐇狀流中(zhong)的工🈲作情況進(jìn)行✂️了研究以水(shuǐ)蒸汽作爲實驗(yàn)介質對渦街流(liu)量計進行了實(shi)驗研究，其中蒸(zhēng)汽爲氣相.水🚶‍♀️爲(wei)液相。
　　從現有的(de)文獻來看，研究(jiū)渦街流量計測(cè)量霧狀流的文(wén)獻不多,并且多(duo)集中在研究不(bu)同工沉條件下(xià)渦街流量計測(cè)量誤差上。本文(wen)在多相流裝置(zhi)上常⚽壓霧狀流(liu)條件下進行了(le)實驗,并從不同(tóng)角度對實驗果(guo)進行㊙️處理，分析(xī)了渦街流量計(ji)的測量誤差。分(fen)析表明,在 孔闆(pan)流量計 和文丘(qiū)裏管流量計測(cè)量霧狀流時使(shi)用的均相流模(mó)型在渦街流量(liàng)計測量中并不(bu)适用。通過數值(zhí)仿真方法研究(jiū)了霧狀流條件(jian)下旋渦發生體(tǐ)上渦量場的變(bian)化,對測量誤差(chà)以及均相流不(bú)适用的原因進(jin)行了探讨。
2實驗(yàn)裝置及方法
2.1實(shi)驗裝置(圖1)

　　空氣(qì)壓縮機将空氣(qì)壓縮後送入儲(chǔ)氣罐,流量計1計(ji)☁️量氣液混合前(qian)儲氣罐送入管(guan)道的氣體流量(liàng)。蓄水罐距離地(di)面30m提供實驗所(suo)需的液相,其流(liu)量由流量計2測(ce)得。氣相和液相(xiang)經混和器混和(hé)後送入實驗管(guǎn)🌏段,最後流入分(fèn)離罐将水和空(kōng)氣進行分離,空(kōng)氣由放氣閥排(pái)出，水由水泵送(sòng)🔱回蓄水罐循🈲環(huan)使用。。工控機對(duì)所有儀表數據(ju)進行采集和顯(xiǎn)示并對兩個電(diàn)動調節閥💃🏻進行(hang)控制,調節氣相(xiang)和液相的流量(liàng)
　　實驗所用的渦(wō)街流量計選擇(zé)了一台應用最(zui)多的壓💚電式渦(wo)街流量計,其口(kǒu)徑爲50mm,在普通氣(qì)體流量實驗裝(zhuang)置上測試,其精(jīng)度爲💃15%。将渦街流(liu)量計放置在水(shuǐ)平直管段上,其(qi)上下遊直管段(duan)長度分别爲30D和(hé)20D。 壓力變送器 和(hé) 溫度變送器 分(fèn)别放在渦街流(liu)量計上遊1D和下(xià)遊10D的位置水在(zài)渦🌈街流量🛀🏻計💁上(shang)遊70D的地方注入(rù),混和器安裝在(zài)渦街流量計㊙️上(shang)遊30D的位置
2.2實驗(yan)方法
　　實驗的過(guò)程中保持氣相(xiang)流量爲141m3/h,對應的(de)流速爲20m/s,管道🏃‍♀️中(zhong)液相體積含率(lǜ)分别爲0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以5000Hz的頻(pín)率對不同液相(xiang)含率下電荷放(fang)🛀🏻大器産生的正(zhèng)弦信号進行采(cai)樣,每次采樣10組(zu)數據,每組數據(ju)有104個采樣點,然(rán)後把得到的采(cai)樣點進行傅立(li)葉變換,得到不(bú)同液相含率下(xia)♈渦街産生的頻(pín)率.，不同液相含(hán)率時渦街信号(hao)的頻譜圖如圖(tu)2所示🚶。

3測量誤差(chà)分析
表1爲實驗(yan)的最終結果。

　　在(zai)對渦街流量計(ji)的測量誤差進(jìn)行分析之前,首(shǒu)先在标準氣裝(zhuang)置上對其進行(háng)了标定,得到了(le)實驗所用渦街(jie)流量計的斯特(te)勞哈爾數s爲0.291,那(nà)麽流過實驗管(guǎn)段中👈渦街流🛀量(liang)計的☔流量可🆚用(yong)式(1)計算得到。

　　式(shi)中:Qt一實驗段渦(wō)街流量計測得(de)的流量值;?一頻(pin)譜分析後💰得☂️到(dào)的渦街脫落頻(pín)率;st一斯特勞哈(ha)爾數;d一旋渦發(fa)生體截流面寬(kuān)度;D一管道直徑(jing).
　　對渦街流量計(ji)的測量誤差用(yòng)式(2)來計算:

　　式中(zhong):σ一渦街流量計(ji)的測量誤差，Qt一(yi)-圖1中流量計1測(cè)得的标準🌐流量(liàng)值。
　　表2爲渦街流(liu)量計測量誤差(cha)的計算結果。從(cong)表中可🤩以看出(chu),渦♈街流量計的(de)測量誤差随着(zhe)液相含率.的增(zēng)加而增加。當液(yè)相含率從0僅增(zēng)加到00106%時,渦街流(liú)量計測量誤差(chà)即受到很大的(de)影響,誤差增加(jiā)了近60倍。當液相(xiàng)含🏃率從00106%增加到(dao).0.0922%時,誤差變化較(jiao)爲平緩,液相☁️含(hán)率增加了🌍近10倍(bei),測量誤差增加(jiā)了6倍。

4均相流模(mo)型下的誤差分(fèn)析
　　當氣液兩相(xiàng)流體的速度溫(wēn)度和化學勢的(de)平均值與💘每一(yī)相的速度溫度(dù)和化學勢的數(shù)值相同時的流(liú)動稱爲均相🛀流(liú)動🔞|4]。符合均相流(liú)流動條件的氣(qi)液兩相混合物(wù)可😍近似看成一(yi)種具有均勻混(hùn)合密度B的“單相(xiàng)流體”。一些研究(jiu)者[5~)将霧狀流視(shi)爲均相流流㊙️動(dong)，并用均相流模(mó)型對孔闆和文(wen)丘裏在霧狀流(liú)中🐆的測量進行(hang)了研究,取得了(le)較好的結果。本(ben)文以均相流模(mo)型爲依據對渦(wo)街流量計在霧(wu)狀流中的測♈量(liang)誤差進行了分(fen)析🤟。
　　渦街流量計(ji)測量單相流流(liu)量Q的模型爲:

　　将(jiāng)式(5)代入式(4)最後(hou)得到了霧狀流(liu)中質量流量的(de)計算🔱公式📧,式(6)即(jí)爲渦街流量傳(chuan)感器的均相流(liú)模型。

　　式中:x一幹(gàn)度,表示氣液兩(liǎng)相流中,氣相質(zhi)量流量占兩相(xiang)質量流量的份(fèn)額;pg和P1一氣相和(he)液相的密度。
在(zai)實驗中由式(7)計(ji)算流入實驗管(guan)段中的氣液混(hun)合物的總體💞質(zhi)量流量。

　　式中:Wmc一(yī)流入實驗管段(duan)的氣液總質量(liàng)流量;wc一圖1中标(biāo)準流量計1測得(dé)的氣液混合前(qian)氣體質量流量(liang);Wr一-圖1中标準😘流(liú)量👉計2測得的氣(qì)液混合前水的(de)質量流量。
　　實驗(yàn)管段中渦街流(liú)量計測得的混(hun)合流體的質量(liang)流量🏃🏻Wmt通🌐過♌式(6)計(ji)算得到因此最(zui)終實驗管段渦(wo).街流🧡量計的測(cè)量誤差用🛀式(8)計(ji)算,δ爲相對誤差(cha),表示了實驗管(guan)段中渦街流量(liàng)計♻️測量得到的(de)氣液混合流體(tǐ)的質量流量與(yu)真實值之間的(de)相對誤差。

　　圖3爲(wei)最後得到的渦(wō)街流量計的測(ce)量誤差,從圖中(zhong)可以🎯看到，将霧(wù)狀流看作均相(xiang)流後，,渦街流量(liàng)計測量得到的(de)質量流量值與(yu)實際值之間依(yi)然存在有較大(dà)的誤差,并且誤(wù)差會随着旋渦(wō)脫落頻率的增(zeng)加而增加。

5實驗(yan)結果分析
　　渦量(liang)表示了速度場(chǎng)的旋轉程度,可(kě)以通過對旋渦(wo)發生🌈體壁面渦(wo)量場的測量來(lai)判斷旋渦結構(gou)的強度以及邊(bian)界層的卷曲情(qíng)況。在前面對液(ye)相運動情況分(fèn)析的基礎上，對(duì)旋渦發生體上(shàng)旋㊙️渦形成的變(bian)化進行了📐分析(xi)。通過數值模拟(nǐ)。觀察了當氣相(xiang)中有⁉️離散液相(xiang)存在時旋渦發(fā)生體壁面上渦(wo)量的變化。數值(zhí)模拟在♌流體計(ji)算軟件FUENT上進行(hang),采用離散相模(mo)型進行計算。
　　首(shou)先對渦街流量(liang)傳感器沒有液(yè)相加入時渦街(jie)壁面🍓.上渦量的(de)💘變化情況進行(hang)了記錄。圖4反映(yìng)的是當入口速(su)度爲20m/s時,一個周(zhōu)期内不同時刻(ke)旋渦發生體壁(bì)面，上渦量的變(biàn)化情🤩況,以及當(dang)氣體中注入液(yè)體含率爲0.1%時旋(xuan)渦發生體上一(yi)個周期内不同(tong)時刻的渦量變(biàn)化。未加入液相(xiang)時可以看到旋(xuán)渦在旋渦發生(shēng)體上從産生到(dao)逐漸長大最後(hou)從旋渦發生體(tǐ)上脫落的整個(gè)過程,在開始時(shi)刻邊界😘層在旋(xuan)渦發生體的銳(rui)邊開始卷積形(xíng)成旋渦，随後旋(xuan)🍉渦逐漸變大🥵,渦(wo)量比初始時相(xiang)對減小,最後😄旋(xuán)渦從旋渦發生(sheng)體上脫落,旋渦(wo)發生體壁面.上(shang)的渦量變爲零(ling)。由圖4進💔行比較(jiào)可以明顯地看(kàn)出,在加入液相(xiàng)以後液相的存(cun)在影響了氣體(tǐ)邊界層在壁面(miàn)上的卷積,旋渦(wo)發⭐生體上的渦(wo)量明顯減小。

　　孔(kong)闆和文丘裏管(guan)流量計是利用(yòng)差壓原理來進(jin)行流量測量的(de)，液相的存在對(duì)它們影響較小(xiǎo),而渦街流量計(jì)是利用✨檢測流(liu)體經過旋渦發(fa)生體後産生的(de)旋渦頻率來測(ce)量流📧體流量的(de)。由對旋渦發生(shēng)體❓上的渦量分(fèn)析表明,液相的(de)存✔️在影響了旋(xuan)渦的形🌈成，從而(er)減弱🌐了旋渦強(qiang)度造成了測量(liang)誤差的增加🌈。
6結(jié)論
(1)通過在霧狀(zhuàng)流中的實驗表(biao)明,離散液相的(de)存在對渦✂️街流(liú)量⭐計測量誤差(chà)影響明顯，在常(cháng)壓下加入很少(shao)的液相時，渦街(jiē)流量計的誤差(cha)就會變化很大(dà)。
(2)在文丘裏和孔(kong)闆流量計中适(shi)用的均相流模(mo)型并不适用于(yu)👣渦街流量計。從(cóng)數值模拟的結(jié)果來看,由于離(lí)散液相的🈲存在(zai)☀️破壞旋渦發生(shēng)體上旋渦的形(xing)成,從而導緻了(le)渦街流量計測(ce)量誤差的增加(jia)。

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