摘要(yao):在氣液兩(liang)相流實驗(yàn)裝置上,對(duì)3台具有不(bu)同導🐅程葉(yè)輪的渦輪(lun)流量傳感(gǎn)器 測水平(ping)氣液兩相(xiang)泡狀流的(de)特性進行(háng)了實驗研(yán)究。發✔️現随(sui)着體積含(hán)氣率的變(bian)化,3台傳感(gǎn)器的流量(liang)特性曲線(xiàn)、儀表系💘數(shu)遷移量🏃🏻、重(zhòng)複性誤差(chà)均會發生(sheng)明顯變化(huà)。具有較小(xiǎo)導程葉輪(lún)的傳感器(qi),其性能優(you)于其它兩(liǎng)台🎯傳感器(qì)。對造成渦(wo)輪‼️流量傳(chuan)感📱器測量(liàng)特性改變(bian)與誤差的(de)原因進行(hang)了分析讨(tǎo)論,并對體(tǐ)積📧含氣率(lǜ)變化💁影響(xiang)渦輪流量(liàng)傳感器特(te)性的物🛀理(lǐ)機理進行(háng)了分析。
1引(yin)言
　　以往人(rén)們對渦輪(lun)流量傳感(gǎn)器的研究(jiū)多集中于(yú)單相流⁉️動(dong)條件下的(de)實驗及理(li)論研究。但(dan)在氣液兩(liang)相流動🥰條(tiao)件下,由于(yu)氣✊液兩相(xiang)間相互作(zuò)用和兩相(xiang)界面複雜(za)多變等原(yuán)因,人們應(yīng)用渦輪流(liu)✂️量傳感器(qi)測🔴量氣液(yè)兩相流的(de)研🔞究還不(bú)多💰。
　　本文對(duì)3台具有不(bu)同導程葉(yè)輪的渦輪(lún)流量傳感(gan)器,用來測(ce)量體積含(han)氣率低于(yú)10%的水平氣(qi)液兩相泡(pao)狀流的特(tè)性進行了(le)實驗研究(jiū)。提出儀表(biǎo)系數遷移(yi)量;得出不(bú)同含氣率(lü)下傳感器(qi)的兩相流(liú)量特性曲(qǔ)線與儀表(biǎo)系數遷移(yi)量⛹🏻‍♀️曲線;得(dé)出葉輪導(dǎo)程值大小(xiǎo)影響着傳(chuán)感器測量(liàng)誤差值的(de)結論。最後(hou)對體積含(han)氣率變化(huà)影響渦輪(lún)流量傳感(gan)器特性的(de)物理機理(lǐ)以及造成(chéng)傳感器測(ce)量特性改(gǎi)變與誤㊙️差(cha)的原因進(jin)行了分析(xi)讨論。
2實驗(yàn)研究
　　氣液(ye)兩相流實(shi)驗裝置上(shàng)進行，裝置(zhì)見圖1。本實(shi)驗渦輪流(liu)量傳感🧑🏾‍🤝‍🧑🏼器(qì)安裝位置(zhi)距離引射(shè)器出口1.225m。
 
　　描(miao)述葉輪設(shè)計結構的(de)幾何參數(shù)有多個,就(jiu)螺旋形葉(ye)🥰片葉輪而(ér)⛷️言,主要有(you):葉片數目(mù)Z、葉片頂端(duān)半徑Rt輪毂(gū)半徑Rh、葉片(pian)導🔴程L、葉片(pian)厚度tb、葉片(piàn)的倒角γ、葉(yè)片軸向寬(kuān)度Lb。對編号(hào)分别爲1#、2#、3#的(de)三台50mm口🔴徑(jing)渦輪流量(liàng)傳感器進(jìn)行了水平(píng)氣液兩相(xiàng)流特性實(shí)驗,傳感器(qi)葉輪幾何(he)結構參數(shu),除葉片數(shu)目Z=6倒角γ=90°外(wài),其餘參數(shu)見表1。
 
　　實驗(yàn)時，測量渦(wō)輪流量傳(chuán)感器入口(kǒu)處壓力穩(wěn)定後的流(liú)㊙️量、溫度和(he)壓力值,通(tong)過理想氣(qì)體狀态方(fāng)程計算得(dé)到人口處(chù)工況空氣(qì)密度與氣(qi)相體積流(liú)量。體積含(han)氣率由渦(wo)輪流量傳(chuán)感器人口(kou)處空氣體(tǐ)積流量與(yǔ)入口處總(zǒng)體積流量(liang)Qm計算得到(dào)。調節🙇‍♀️液相(xiang)調節閥,将(jiāng)液相流💰量(liang)分别穩定(ding)在12、10.8、6m³/h。然後逐(zhú)漸增大氣(qì)相閥🈲門開(kai)度。采用👨‍❤️‍👨精(jīng)度高數據(jù)采集闆卡(ka)對每個流(liú)量點🈲的過(guo)程參🔅數與(yǔ)傳感器脈(mò)沖輸出采(cai)☀️樣10次,然後(hou)取平均值(zhi)。
3實驗結果(guǒ)
3.1不同體積(ji)含氣率下(xià)的流特性(xing)曲線
　　在不(bu)同體積含(hán)氣率下,3台(tai)渦輪流量(liang)傳感器測(ce)量水平氣(qi)液兩🧡相流(liú)的特性曲(qǔ)線見圖2~4,由(you)圖中曲線(xian)可見:
 
(1)在相(xiang)同含氣率(lǜ)下，每台渦(wō)輪流量傳(chuan)感器儀表(biǎo)系數曲線(xian)均📱基本保(bǎo)持水平,平(ping)均儀表系(xi)數K.和線性(xìng)度誤差δ見(jian)💔表2。
(2)随體積(jī)含氣率β的(de)增加,3台渦(wo)輪的儀表(biǎo)系數K均有(you)減小的趨(qū)勢。

 
3.2體積含(hán)氣率與儀(yí)表系數遷(qian)移量曲線(xian)
　　通常渦輪(lun)流量傳感(gan)器出廠用(yong)水标定,測(ce)量氣液兩(liang)相流💞時🏃‍♂️,如(rú)果實際儀(yi)表系數與(yu)出廠标定(dìng)值偏差越(yue)小,則測量(liang)🛀🏻精度會越(yuè)高。爲此引(yin)入儀表系(xi)數遷移量(liàng)K、來評價渦(wō)輪流量傳(chuán)感器測量(liàng)氣液兩相(xiang)流的性能(neng)，其計算公(gong)式爲:
 
　　式中(zhōng):K0爲渦輪流(liu)量傳感器(qi)用單相水(shuǐ)流量标定(dìng)得出的儀(yi)表系🔞數。Kv随(sui)β變化曲線(xiàn)見圖5。由圖(tú)5可見:随着(zhe)β的增加,3台(tái)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼傳感器的(de)Kv值均增加(jiā)♊;在相同含(han)氣率下,2#傳(chuan)感器的K,值(zhí)最小，1#傳感(gǎn)器的K,值最(zui)大,3#傳感器(qì)的🌈K,值介于(yú)1#與2#之間。
 
3.3儀(yi)表系數随(suí)混合密度(dù)變化的曲(qu)線
　　混合密(mi)度采用流(liu)動密度計(ji)算方法,即(jí)ρm=pvβ+ρ1(1-β)。Pg爲氣體密(mi)度,ρt爲💘水密(mì)度。Kv随pm變化(hua)曲線見圖(tú)6。
3.4不同含氣(qi)率下傳感(gan)器的重複(fu)性誤差
　　按(an)照渦輪流(liú)量傳感器(qi)檢定規程(chéng)(81計算不同(tong)體積含氣(qi)率💃🏻下3台傳(chuán)感器的重(zhong)複性誤差(cha),見表3。由表(biǎo)中數據可(kě)知:在兩相(xiàng)體積流量(liang)近🈲似相等(deng)的情況下(xia)，重複性誤(wu)差的大小(xiǎo)明顯受含(hán)氣率多少(shao)的影響,随(suí)着含氣率(lǜ)的增加♈,重(zhong)複性誤差(cha)明顯增大(dà);對于每台(tai)傳感器⭐,在(zài)相同含氣(qi)⛹🏻‍♀️率下,兩相(xiàng)混合體積(jī)流量✂️Qm越大(dà),重複性誤(wù)差越小。
 
3.5實(shi)驗結論
　　由(yóu)圖5和圖6曲(qu)線可得出(chu)初步結論(lun):2#傳感器K,值(zhi)小于1#與3#傳(chuán)感器;由🧑🏾‍🤝‍🧑🏼表(biao)💃🏻3數據可得(de)到初步結(jie)論:在含氣(qi)率相同時(shi),随着氣☁️液(ye)兩相流量(liang)的降低，傳(chuan)感器重複(fú)性誤差🐪增(zeng)大;在❓相同(tong)流體條件(jiàn)下,2#傳感器(qì)測量重複(fu)性誤差優(yōu)于1#與3#傳感(gan)器的重複(fu)性誤差。
4誤(wu)差原因的(de)機理分析(xi)
　　葉輪受力(lì)分析見圖(tu)7,u爲來流速(su)度,Ɩ爲葉片(pian)長度,ω爲葉(ye)輪🛀🏻旋轉角(jiao)速🔞度。Fa、F1分别(bié)爲流體對(duì)葉輪的軸(zhou)向力和圓(yuan)周力,FR爲二(er)者的合力(li);Fg、Fy分别爲FR在(zài)與葉片平(píng)行方向上(shàng)的分量和(hé)與葉片垂(chui)直方向上(shàng)的分量,稱(cheng)Fs爲葉輪阻(zǔ)🌂力,Fy爲葉輪(lún)☎️升力。
　　由于(yú)渦輪流量(liang)傳感器的(de)葉輪在穩(wěn)定工作條(tiao)件下滿足(zu)力矩平衡(heng)方程,其特(te)性曲線受(shòu)流體密度(dù)的影🤩響。混(hun)合流🌈體密(mì)🌍度随着含(han)氣率的增(zēng)加而減小(xiǎo)，使流體産(chan)生🌈驅動葉(ye)❄️輪旋轉的(de)升力(Fy)矩減(jiǎn)小,葉輪轉(zhuǎn)速降🔴低,儀(yi)表系數降(jiàng)低。這是導(dao)緻傳感器(qi)儀表系數(shu)遷移量增(zēng)大的一個(gè)原因。
 
　　當氣(qi)液兩相泡(pao)狀流經過(guò)葉輪時，氣(qì)泡被葉片(pian)剪切成💜微(wēi)小氣泡,在(zài)旋轉離心(xin)力的作用(yòng)下,這些小(xiao)氣泡🐅聚集(ji)在葉片的(de)吸力🚶‍♀️面側(cè)[9]，形成一個(gè)氣泡聚集(ji)區。聚集區(qū)中的氣泡(pao)對流體的(de)流動起阻(zǔ)礙作用,根(gēn)據作用力(lì)與反作用(yong)力的關系(xi),相當🔱于增(zeng)加了流體(tǐ)對葉片在(zài)平行葉片(pian)方向上的(de)作用力,F。相(xiàng)比沒有氣(qi)泡時🏃🏻‍♂️有所(suǒ)增加,即變(bian)爲Fs',葉輪升(shēng)力Fy與Fs'的合(he)力爲FR',其圓(yuán)周方向分(fèn)量爲Ft',Ft'與Ft相(xiang)比有所減(jiǎn)小。所以,葉(ye)輪轉速有(you)所降低,即(ji)葉輪的旋(xuán)轉效應被(bèi)減弱。當含(hán)氣率增加(jia)時，氣泡聚(jù)集區内的(de)氣泡增加(jiā),對葉輪的(de)阻力增大(dà),對葉輪旋(xuan)轉效應減(jiǎn)弱的效果(guo)增強，使葉(ye)輪轉🌈速降(jiang)低,傳感器(qi)儀表系數(shù)降低。這是(shì)導❌緻傳感(gan)器儀表系(xi)數遷移量(liàng)增大的另(lìng)-一個原因(yin)。
 
　　根據速度(du)剖面理論(lùn),氣液兩相(xiang)流水平流(liú)經管道時(shí)，氣液兩相(xiàng)速度剖面(mian)已不再象(xiàng)單相時速(su)度剖面那(na)🍓樣對稱分(fèn)布于管道(dào)内部，兩相(xiang)流中的部(bù)分氣泡在(zai)浮力的作(zuo)用下運動(dòng)到管道上(shang)方，管道上(shang)部由于氣(qì)泡的存在(zài)增強了脈(mo)動速度與(yǔ)瑞流強度(dù)10)。在含氣率(lü)近似相同(tong)時✂️,這種由(yóu)于氣泡的(de)存在引起(qǐ)的脈動速(sù)度與湍流(liú)強度增強(qiáng)的程度,受(shòu)兩相流體(ti)速度的影(yǐng)響,即在含(han)氣率相同(tóng)時,兩相流(liu)體速度越(yue)小，氣泡的(de)存在引起(qǐ)的脈動速(su)度與湍流(liu)強度越強(qiang)，這也最終(zhong)加劇了氣(qi)🌈液兩相速(sù)度剖面不(bú)對稱的程(cheng)度。由于渦(wō)‼️輪流量傳(chuan)感器對來(lái)流的速度(du)剖面比較(jiao)敏感,氣泡(pao)🔞的存在引(yin)起的脈動(dong)速度以及(ji)來流速度(dù)剖面的不(bú)🆚對稱導緻(zhi)葉輪的每(mei)個葉片所(suǒ)受到的升(sheng)力Fy與阻力(lì)Fs存在差異(yì),這種差異(yì)使旋轉的(de)葉輪在某(mou)轉速附近(jìn)産生波動(dong),最終導緻(zhi)傳感器重(zhong)複性誤差(chà)的增大。這(zhè)就是同--傳(chuán)感器在相(xiang)同含氣率(lǜ)下,其重複(fu)性誤差随(sui)來流的體(ti)積流量的(de)減小㊙️而增(zēng)大的原因(yīn)。
　　對于導程(cheng)小、安裝角(jiǎo)大的葉片(pian)來說,在相(xiàng)同條件流(liu)體的沖擊(jī)下,其葉輪(lún)升力F,矩大(dà)于大導程(cheng)葉輪升力(li)矩,其葉輪(lun)旋轉🌐速度(dù)更快,其葉(yè)輪的陀螺(luó)效應相對(duì)✔️更強,抵✌️抗(kàng)由于氣泡(pao)存🏃在引起(qǐ)的脈動速(su)度和來流(liu)速度剖面(miàn)的不對稱(chēng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼導緻葉輪(lun)的轉動速(su)度産生波(bo)♌動的能力(lì)更強一些(xie)。這就🐕是2#傳(chuan)感器儀表(biǎo)系數遷移(yí)👨‍❤️‍👨量以及重(zhòng)複性誤差(cha)優于1#與3#傳(chuán)感器的原(yuan)因。
5結論
　　對(dui)3台具有不(bu)同導程葉(ye)輪的50mm口徑(jìng)渦輪流量(liàng)傳感器💋進(jìn)行了含氣(qi)🏃🏻率爲0%~9.8%的水(shuǐ)平氣液兩(liǎng)相流實驗(yan),由傳感♍器(qi)特性曲線(xiàn)分析及誤(wu)差分析可(kě)以得到以(yǐ)下結論💛:
(1)渦(wō)輪流量傳(chuán)感器測量(liàng)氣液兩相(xiàng)流時,與測(cè)量單相水(shui)🌈流量相比(bi)💞其儀表系(xi)數遷移量(liàng)随體積含(han)氣率的💛增(zēng)加而逐漸(jian)增加。其原(yuan)因是:随含(hán)氣率的增(zēng)加,混合流(liu)體密🔞度減(jiǎn)小,流體驅(qu)♻️動葉輪旋(xuan)轉的力矩(jǔ)減小;同時(shi),随含氣率(lü)增加,氣泡(pao)聚集區内(nèi)的氣泡增(zēng)加,對葉輪(lún)的阻力增(zēng)大,葉輪旋(xuán)轉效應減(jian)弱。從而葉(yè)輪轉速🛀🏻和(he)傳感器儀(yí)表系數降(jiang)低。
(2)在相同(tong)含氣率下(xia),兩相體積(ji)流量越小(xiǎo)，渦輪流量(liang)傳感器🔴的(de)重🌈複性誤(wù)差越大。其(qí)原因是:由(yóu)于渦輪流(liú)量傳感器(qì)對來流的(de)速度剖面(mian)比較敏感(gan),氣泡的存(cun)在引起的(de)脈動速度(dù)以及來流(liú)速度剖面(miàn)的不對稱(chēng)導緻葉輪(lun)的每個葉(ye)片👨‍❤️‍👨所受到(dào)的升力與(yu)阻力存在(zai)差異，這種(zhǒng)差異使旋(xuán)轉的葉輪(lún)在某轉速(sù)附近産生(shēng)波動。
(3)具有(yǒu)小導程、大(dà)安裝角葉(yè)輪的2#渦輪(lún)流量傳感(gǎn)器的儀💯表(biǎo)系🌈數遷🈲移(yi)量與重複(fu)性誤差優(yōu)于1#與3#傳感(gǎn)器.在相同(tóng)條件流體(ti)的沖擊下(xia)🔞,測量精度(du)受氣液兩(liǎng)相流中的(de)氣相影響(xiang)🏃的程度相(xiàng)對小👉一些(xie)。

本文來源(yuán)于網絡,如(rú)有侵權聯(lián)系即删除(chu)！