1前(qian)言
　　濕氣是(shi)由氣體與(yu)液體混合(he)而成的--種(zhong)兩相流，其(qi)中液相體(ti)積占🐇一-小(xiao)部分爲離(li)散相，氣相(xiang)體積占到(dao)絕大部分(fen)爲連續相(xiang)。在石油和(he)天然氣工(gong)業中,經常(chang)會有濕氣(qi)産生。石油(you)工業要求(qiu)濕☂️氣的測(ce)量正确可(ke)靠。濕氣計(ji)量的最終(zhong)目的是實(shi)現😍濕氣測(ce)量♉儀表或(huo)系統能夠(gou)實時🔴檢測(ce)出濕氣🔱中(zhong)液相和氣(qi)相的含量(liang)。
　　目前濕氣(qi)測量的常(chang)用方法是(shi)将幾種測(ce)量幹氣的(de)⛷️标準儀表(biao)進行組合(he)對濕氣進(jin)行測量,或(huo)直接用測(ce)量幹氣的(de)儀表對濕(shi)🚩氣進☁️行測(ce)量，并對測(ce)量結果進(jin)行修正,其(qi)中修正值(zhi)是通過實(shi)驗來确定(ding)的。多種儀(yi)🌈表者被推(tui)薦用于濕(shi)氣的測量(liang),目前用到(dao)💯的流量計(ji)有孔闆、文(wen)丘裏管、渦(wo)輪、渦街和(he) 内錐式流(liu)量計 。在這(zhe)些流量計(ji)中,孔闆和(he)文丘裏管(guan)應用廣泛(fan)，并已經用(yong)于濕☁️氣的(de)計量,而對(dui)于其它幾(ji)種流量計(ji)在濕氣中(zhong)應用的報(bao)💔道還較少(shao)。
　　渦街流量(liang)計 是--種速(su)度式流量(liang)計,利用旋(xuan)渦脫落原(yuan)理制成。其(qi)具🐉體檢測(ce)方法是:在(zai)流體中放(fang)置一個旋(xuan)渦發生體(ti),流體流過(guo)旋渦發生(sheng)體時會在(zai)其兩側産(chan)生旋渦,旋(xuan)渦産生的(de)頻率與🈚流(liu)體的流速(su)成👈正比，通(tong)🐆過檢測旋(xuan)渦✍️産生的(de)頻率來達(da)到檢測流(liu)體流速的(de)目的。渦街(jie)流量計的(de)測量精度(du)--般能達到(dao)1.5%,量程比爲(wei)10: 1。
　　渦街流量(liang)計已經用(yong)于濕氣的(de)測量。一款(kuan)測量濕氣(qi)的儀🛀🏻表,由(you)👈兩台文丘(qiu)裏管與一(yi)台渦街流(liu)量計組合(he)來測🌈量濕(shi)氣。目🎯前提(ti)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻供渦街流(liu)量計在濕(shi)氣條件下(xia)實驗數據(ju)的文獻還(hai)較少，因此(ci)需要更多(duo)的實驗數(shu)據對渦街(jie)流量計在(zai)濕氣條件(jian)🔞下的工作(zuo)❗情況作深(shen)入分析。
濕(shi)氣中液相(xiang)的存在會(hui)加大渦街(jie)流量傳感(gan)器的測👄量(liang)誤差。目前(qian)所查到的(de)文獻主要(yao)集中在對(dui)測量誤差(cha)的研究上(shang),研究者記(ji)錄了不同(tong)工況條件(jian)下不同液(ye)相含率造(zao)成渦街流(liu)量傳感器(qi)測量誤差(cha)範圍,以便(bian)對渦街流(liu)量計在😘濕(shi)氣條件下(xia)的測量💘值(zhi)進行修正(zheng)。在油田現(xian)場和實驗(yan)室的濕氣(qi)條件下對(dui)渦街流量(liang)計進行了(le)實驗,實驗(yan)結果表㊙️明(ming)液相含量(liang)的增加會(hui)明顯增加(jia)渦街流量(liang)計的測量(liang)誤差I2);W ashingon( 1991 )在油(you)田現場的(de)高壓條件(jian) 下對渦💃街(jie)流量計在(zai)濕氣中的(de)工作情況(kuang)進行了研(yan) 究以水蒸(zheng)汽作爲實(shi)驗介質對(dui)渦街流量(liang)計進行了(le)實驗研究(jiu),其中蒸汽(qi)爲氣相，水(shui)爲液相4;NEL實(shi)驗室在不(bu)❌同的壓力(li)下對渦街(jie)流量計測(ce)量濕氣🏃‍♀️的(de)誤差進行(hang)了研究。
　　從(cong)已有的文(wen)獻看，以往(wang)的研究工(gong)作主要集(ji)中在觀測(ce)不同工況(kuang)下渦街流(liu)量計測量(liang)濕氣時測(ce)量誤差的(de)變化情況(kuang)。本🐉文通過(guo)實🛀🏻驗确定(ding)了在常壓(ya)條件下,不(bu)同液♋相含(han)率時渦街(jie)流量計對(dui)濕氣的測(ce)量誤差🧡,并(bing)經出了渦(wo)街信号品(pin)質随液相(xiang)含率的變(bian)化趨勢,最(zui)後讨論了(le)造成渦街(jie)流量傳感(gan)器在♊濕氣(qi)測量中誤(wu)差增大和(he)信号變壞(huai)的原因👌。
2.實(shi)驗裝置及(ji)方法低，
21實(shi)驗裝置
　　實(shi)驗介質由(you)已測定流(liu)量的空氣(qi)和水組成(cheng),其中空氣(qi)爲💰氣相,水(shui)爲液相,分(fen)别送入管(guan)道混合成(cheng)濕氣送入(ru)實驗管段(duan)。實驗裝置(zhi)如圖1所示(shi)。實驗裝置(zhi)由空氣壓(ya)縮機、儲氣(qi)罐、蓄水罐(guan)、分離罐🤟流(liu)量計、 壓力(li)變送器 、 溫(wen)度變送器(qi) 、工控機和(he)各種閥門(men)組成。
 
　　空氣(qi)壓縮機将(jiang)空氣壓縮(suo)後送入儲(chu)氣罐,流量(liang)計1測量氣(qi)液混⛱️合💋前(qian)儲氣罐送(song)入管道的(de)氣體流量(liang)。蓄水罐距(ju)💘離地面30m,提(ti)供實驗所(suo)🚶需的液相(xiang),其流量由(you)流量計2測(ce)得。氣相和(he)📧液相經🈚混(hun)合器混合(he)後送入實(shi)驗管段,最(zui)後流入分(fen)離罐将水(shui)和空🈲氣進(jin)行分離,空(kong)氣由💞放氣(qi)閥排出，水(shui)由水泵送(song)回蓄水罐(guan)循環使用(yong)。工控機對(dui)所有儀🥵表(biao)數據進行(hang)采集和顯(xian)示并對兩(liang)個電動調(diao)節閥進行(hang)控制,調節(jie)氣相和液(ye)相的流量(liang)。實驗所用(yong)的渦街流(liu)量傳感器(qi) 選擇了一(yi)台應用最(zui)多的壓電(dian)式渦街流(liu)量傳感器(qi),其口徑爲(wei)🈲50 mm,在普通氣(qi)體流量實(shi)驗裝置.上(shang)測試,其精(jing)度爲1. 5%。将渦(wo)街傳感器(qi)放置在水(shui)平直管段(duan)上，其上、下(xia)遊直管段(duan)長度分别(bie)爲30D (管道直(zhi)🚶徑)和20D。 壓力(li)變送器和(he)溫度變送(song)😄器分别放(fang)在渦街流(liu)量傳感器(qi)上遊1D和下(xia)遊10D的位置(zhi)。水在渦街(jie)流量💁傳感(gan)器.上遊㊙️70D 處(chu)注入,混合(he)器安裝在(zai)渦🌐街流量(liang)計.上遊30D 的(de)位置。
22實驗(yan)方法.
　　實驗(yan)過程中保(bao)持氣相流(liu)量爲141 m³/h,對應(ying)的流速爲(wei)20 m/s, 管道中液(ye)相體積含(han)率分别爲(wei):0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以5000 Hz的頻率(lü)對不同液(ye)相含率下(xia)電荷放大(da)器産生的(de)正弦信☀️号(hao)進行采樣(yang)，,每次采樣(yang)10組數據，每(mei)組數據有(you)104個采樣點(dian)🈲,将得⭐到的(de)采樣點進(jin)行傅裏葉(ye)變換得到(dao)不同液相(xiang)含率下渦(wo)街産生的(de)✔️頻譜,如✔️圖(tu)2所示.
 
3液相(xiang)含率對測(ce)量誤差的(de)影響
31測量(liang)誤差分析(xi)
　　爲了對渦(wo)街流量計(ji)的測量誤(wu)差進行分(fen)析,首先在(zai)🌈标㊙️準氣裝(zhuang)置上進行(hang)标定,得到(dao)了其斯特(te)勞哈爾數(shu)爲0. 291 ,那麽流(liu)過它的流(liu)量值可用(yong)下式計算(suan)、
 
　　其中，Qt爲實(shi)驗段渦街(jie)流量計測(ce)得的流量(liang)值;爲渦街(jie)脫落頻🈚率(lü)㊙️; Sr爲斯特勞(lao)哈爾數; d爲(wei)旋渦發生(sheng)體截流面(mian)寬度; D爲管(guan)道直⛹🏻‍♀️徑。
　　渦(wo)街流量計(ji)測量誤差(cha)可由”下式(shi)計算:
 
　　其中(zhong):y爲測量誤(wu)差;Qc.爲流量(liang)計1見圖1)測(ce)得的.标準(zhun)流量值。
　　表(biao)1爲當注入(ru)不同的液(ye)相流量時(shi)，渦街流量(liang)計的測量(liang)誤差。Qj,表示(shi)注入的液(ye)體流量，P、爲(wei)液相含率(lü)，E,爲測量誤(wu)差。從表🥵中(zhong)可🏒以很♉明(ming)顯地看出(chu),液相流量(liang)的增加🍓,使(shi)渦街流量(liang)讓的測量(liang)誤差增加(jia)。
 
　　爲了更好(hao)地比較不(bu)同工況下(xia)渦街流量(liang)傳感器測(ce)㊙️量誤🌏差㊙️的(de)變化，表2列(lie)出了不同(tong)研究者的(de)研究結果(guo)其中Test爲本(ben)次實驗結(jie)果。雖然不(bu)同研究者(zhe)的實驗條(tiao)件相差較(jiao)大,但通過(guo)表2仍可以(yi)總結出以(yi)下幾條規(gui)🏃律:液相含(han)率越大渦(wo)街測量誤(wu)差越大;管(guan)道内壓力(li)對測量結(jie)果影響比(bi)較大,壓力(li)越大其測(ce)量誤差越(yue)☁️小;實驗介(jie)質對測量(liang)誤差有影(ying)響。
 
3. 2斯特勞(lao)哈爾數的(de)變化
　　誤差(cha)産生的原(yuan)因是液相(xiang)的加入使(shi)渦街流量(liang)計的斯❤️特(te)勞👌哈爾數(shu)Srav不再是-T個(ge)常數，而是(shi)随着液相(xiang)的增加而(er)變化✉️。将實(shi)驗中不同(tong)液相含率(lü)下得到的(de)Srav進行了多(duo)項式拟合(he),拟合曲線(xian)如圖3所示(shi),最大拟和(he)誤差爲0. 858%。其(qi)中Srav爲10 次測(ce)量得🔴到Si的(de)算術平均(jun)值，sr的計算(suan)如式👅(3):
Sr=f.d/v???????????(3)
　　其中(zhong),f渦街脫落(luo)頻率;d旋渦(wo)發生體截(jie)流面寬度(du);v爲平均👨‍❤️‍👨流(liu)速。
 
4渦街信(xin)号品質分(fen)析
4.1渦街信(xin)号的不确(que)定度
　　采用(yong)式(5)對渦街(jie)頻率信号(hao)的不确定(ding)度進行分(fen)析。
 
　　式中，f爲(wei)10次測量結(jie)果的平均(jun)值,N爲測量(liang)次數,σ爲不(bu)确定度,σ0爲(wei)🏃‍♀️相對不确(que)定度。在每(mei)個液相含(han)率下測量(liang)10次。
　　實驗結(jie)果如圖4所(suo)示。結果表(biao)明,液相的(de)增加會影(ying)響渦💁街脫(tuo)落頻❤️率的(de)不确定度(du)，從圖4可以(yi)看出随着(zhe)液相含率(lü)不斷的💜增(zeng)加,渦街脫(tuo)落頻率的(de)不确定度(du)也随之變(bian)差。當測量(liang)幹氣😘的時(shi)候,渦街流(liu)量傳感器(qi)的不确定(ding)度⛷️爲0. 031%, 當液(ye)相含率達(da)到🏃‍♀️01092 2%時不确(que)定度已經(jing)達🌈到1. 58% ,增長(zhang)了将近51倍(bei),可見液相(xiang)的存在使(shi)🍓渦街流量(liang)傳㊙️感器測(ce)量信号的(de)不确定度(du)增大,因此(ci)對渦街流(liu)量傳感器(qi)進行誤差(cha)修正時必(bi)須考慮液(ye)相對測量(liang)不确定度(du)的影響。
 
4.2渦(wo)街信号質(zhi)量分析
　　用(yong)一個參數(shu)Sq來描述渦(wo)街頻率信(xin)号的品質(zhi)。
Sq定義如下(xia):
 
　　式中: Ps爲渦(wo)街頻率帶(dai)0. 96 f到1. 04 f範圍内(nei)的能量,其(qi)中信号能(neng)量通過譜(pu)分析獲得(de)。R爲總能量(liang)減去Ps後的(de)能量。如果(guo)Sq爲正🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，則渦(wo)㊙️街頻率帶(dai)的能量大(da)于其它頻(pin)帶的能量(liang)💯。在M iau's l和Pankan in'的文(wen)章中🏃🏻‍♂️對Sq的(de)定義有詳(xiang)💰細說明。實(shi)驗中利用(yong)這種方法(fa)得到了渦(wo)🙇‍♀️街頻率信(xin)🏃🏻号品質随(sui)液相含率(lü)⁉️變化的情(qing)況,如圖5所(suo)示。Sq總的變(bian)化趨勢是(shi)随着液相(xiang)含率的增(zeng)加而迅速(su)減小,在液(ye)相含率大(da)于0106%後s由正(zheng)變負,渦街(jie)頻率帶的(de)能量開始(shi)小于其它(ta)頻率帶的(de)能量,信号(hao)品質将變(bian)得很差。
 
5實(shi)驗分析
　　從(cong)實驗結果(guo)來看，少量(liang)的液相不(bu)但會使測(ce)量誤差變(bian)🌈大,而且還(hai)會使渦街(jie)信号的品(pin)質變差。對(dui)于這種現(xian)象可以從(cong)液😄滴對🔞氣(qi)相的湍流(liu)調制的角(jiao)度來解㊙️釋(shi)。圖6反映了(le)當🔆氣相流(liu)過液滴時(shi)的情💞況,可(ke)以看出🈚氣(qi)相流過液(ye)滴時會在(zai)液滴的✔️後(hou)面産生尾(wei)流并且🏃在(zai)尾流中産(chan)✨生速度梯(ti)度。，尾流及(ji)其引起的(de)速度梯度(du)會使流體(ti)中🏒擾動變(bian)大,進而影(ying)響到渦街(jie)的🔴産生, 通(tong)過實驗證(zheng)明擾動的(de)增🐅加更有(you)利于渦街(jie)的脫落,這(zhe)🐪樣就增大(da)了測量誤(wu)差。管道内(nei)壓力增加(jia)會抑制湍(tuan)流度增加(jia),因此提高(gao)管道内❌壓(ya)力會降低(di)測量誤差(cha)。渦街脫落(luo)時會帶動(dong)液滴--起旋(xuan)轉,這樣🥵就(jiu)會減弱旋(xuan)渦的強度(du),使渦街信(xin)号變弱。

 
6結(jie)論
　　渦街流(liu)量計雖然(ran)已經在單(dan)相流測量(liang)中得到了(le)廣泛的應(ying)用,但在濕(shi)氣條件下(xia)應用時會(hui)出現許多(duo)新💛的問題(ti)。通💰過以上(shang)的實驗研(yan)究表明,濕(shi)氣條件下(xia),液柞含率(lü)的增加🏒不(bu)隻是影響(xiang)渦街脫落(luo)頻率從而(er)使測量精(jing)度下降,而(er)且👅對于渦(wo)街頻率信(xin)号❓的品質(zhi)也會有直(zhi)按影響,這(zhe)種影響随(sui)着液相含(han)率的增加(jia)而⭐增加。

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