摘要(yao)：蒸汽(qi)流量(liang)量值(zhi)體系(xi)的溯(su)源是(shi)保證(zheng)蒸汽(qi)流量(liang)測量(liang)準♉确(que)的關(guan)鍵。基(ji)于流(liu)體力(li)學、熱(re)力學(xue)以及(ji)渦街(jie)流量(liang)計旋(xuan)渦的(de)産生(sheng)機理(li)，分析(xi)不同(tong)介質(zhi)對渦(wo)街流(liu)👈量計(ji)的計(ji)量特(te)性的(de)影響(xiang)，介質(zhi)粘度(du)的😍不(bu)同導(dao)緻了(le)三種(zhong)介質(zhi)測試(shi)下雷(lei)諾數(shu)的不(bu)同，影(ying)響到(dao)斯特(te)勞哈(ha)數差(cha)異。但(dan)對🈲渦(wo)街流(liu)量計(ji)的儀(yi)表系(xi)數影(ying)響不(bu)大，可(ke)忽略(lue)其影(ying)響。介(jie)🌍質粘(zhan)度的(de)不同(tong)會導(dao)緻流(liu)量範(fan)圍的(de)不同(tong)。該分(fen)析将(jiang)有利(li)于提(ti)高渦(wo)街流(liu)💁量計(ji)測量(liang)蒸汽(qi)流量(liang)的計(ji)量精(jing)度。
1 蒸(zheng)汽介(jie)質的(de)影響(xiang)因素(su)
　　所謂(wei)渦街(jie)流量(liang)計(亦(yi)稱旋(xuan)渦流(liu)量計(ji))，其工(gong)作機(ji)理是(shi)❄️“卡門(men)🛀渦✉️街(jie)”，是一(yi)類流(liu)體振(zhen)蕩式(shi)的測(ce)量儀(yi)器。“卡(ka)門渦(wo)街”的(de)原理(li)💃是：待(dai)測管(guan)道流(liu)體中(zhong)放進(jin)一根(gen)(或數(shu)根)非(fei)流線(xian)型截(jie)面的(de)旋渦(wo)發生(sheng)體，等(deng)✊到雷(lei)諾數(shu)到達(da)特定(ding)數值(zhi)，在旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)🔞兩側(ce)分離(li)㊙️出兩(liang)串交(jiao)錯有(you)序的(de)旋渦(wo)，此過(guo)程具(ju)有交(jiao)替性(xing)❌，我們(men)将這(zhe)種旋(xuan)渦叫(jiao)作卡(ka)門渦(wo)街[3]。在(zai)特定(ding)雷諾(nuo)數範(fan)圍之(zhi)👅間，旋(xuan)渦的(de)分離(li)🌍頻率(lü)💛同旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)與🌈管(guan)道的(de)幾何(he)尺寸(cun)息息(xi)相關(guan)。數據(ju)🤞表明(ming)，旋渦(wo)的分(fen)離頻(pin)率同(tong)流量(liang)存在(zai)正相(xiang)關性(xing)，此頻(pin)率可(ke)通過(guo)🚶傳感(gan)器獲(huo)得。以(yi)上渦(wo)街流(liu)量計(ji)與卡(ka)門渦(wo)📐街的(de)關系(xi)可從(cong)圖1看(kan)出，二(er)者有(you)如下(xia)邏輯(ji)關系(xi)：

式中(zhong)：
f 爲旋(xuan)渦分(fen)離頻(pin)率，Hz ；
Sr爲(wei)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)；
U1爲旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)兩側(ce)的平(ping)均流(liu)速，m/s ；
d爲(wei)旋渦(wo)發生(sheng)體迎(ying)流面(mian)的寬(kuan)度，m；
U爲(wei)被測(ce)介質(zhi)來流(liu)的平(ping)均流(liu)速，m/s ；
m爲(wei)旋渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側弓(gong)形面(mian)積與(yu)管道(dao)橫截(jie)面面(mian)積之(zhi)比🌈。不(bu)可壓(ya)縮流(liu)體中(zhong)，由于(yu)流體(ti)密度(du)?不變(bian)，由連(lian)續性(xing)方🏒程(cheng)可❌得(de)到：m=U/U1 。

式(shi)中：
K爲(wei)渦街(jie)流量(liang)計的(de)儀表(biao)系數(shu)，1 /m3。
　　通過(guo)式（3）不(bu)難看(kan)出，儀(yi)表系(xi)數K是(shi)渦街(jie)流量(liang)計的(de)計量(liang)特性(xing)的♈定(ding)量表(biao)征，數(shu)據表(biao)明，其(qi)儀表(biao)系數(shu)隻和(he)其機(ji)💜械結(jie)💯構與(yu)斯特(te)🏃🏻勞哈(ha)爾數(shu)有關(guan)，同來(lai)流流(liu)量并(bing)無相(xiang)關性(xing)。
蒸汽(qi)對渦(wo)街流(liu)量計(ji)計量(liang)特性(xing)存在(zai)較大(da)影響(xiang)。可總(zong)結爲(wei)三🆚個(ge)方面(mian)：
第一(yi)，從公(gong)式（3）中(zhong)能夠(gou)得出(chu)，機械(xie)結構(gou)尺寸(cun)D、m、d 以及(ji)斯特(te)勞哈(ha)爾✂️數(shu)Sr這⚽些(xie)參數(shu)與K值(zhi)大小(xiao)存在(zai)較大(da)關聯(lian)性。基(ji)🍉于物(wu)理原(yuan)理研(yan)究發(fa)現，在(zai)流體(ti)介質(zhi)條件(jian)存在(zai)差異(yi)🛀情況(kuang)下，機(ji)械結(jie)構尺(chi)寸的(de)改變(bian)一般(ban)是與(yu)溫度(du)的改(gai)變引(yin)發的(de)熱脹(zhang)冷縮(suo)效應(ying)息息(xi)相關(guan)。
第二(er)，雷諾(nuo)數對(dui)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)Sr産生(sheng)較大(da)影響(xiang)，前者(zhe)✊又與(yu)粘度(du)密切(qie)相關(guan)，而粘(zhan)度的(de)差異(yi)性又(you)取決(jue)于流(liu)體的(de)差異(yi)❌，既而(er)引發(fa)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)Sr的區(qu)别。
第(di)三，公(gong)式（3）的(de)推導(dao)過程(cheng)是以(yi)不可(ke)壓縮(suo)流體(ti)爲前(qian)提㊙️的(de)，當換(huan)作氣(qi)⁉️體介(jie)質時(shi)，由于(yu)可壓(ya)縮性(xing)的區(qu)别或(huo)許會(hui)引發(fa)儀表(biao)系數(shu)産生(sheng)誤🈲差(cha)。以上(shang)三個(ge)因素(su)對于(yu)渦🔴街(jie)流量(liang)計的(de)影響(xiang)将在(zai)下一(yi)節進(jin)一步(bu)🌈探讨(tao)。
2 蒸汽(qi)介質(zhi)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)的影(ying)響
　　嚴(yan)格而(er)言，斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數是(shi)一種(zhong)相似(si)準則(ze)，是在(zai)讨論(lun)流體(ti)力學(xue)中物(wu)理相(xiang)似和(he)模化(hua)是引(yin)入的(de)概念(nian)[4]。其是(shi)用來(lai)表征(zheng)旋渦(wo)頻率(lü)和阻(zu)流體(ti)特征(zheng)尺寸(cun)、流速(su)關💃系(xi)的。在(zai)特定(ding)雷諾(nuo)數區(qu)間中(zhong)，旋👌渦(wo)的分(fen)離頻(pin)率和(he)旋渦(wo)發生(sheng)體與(yu)管道(dao)的幾(ji)何尺(chi)寸密(mi)切相(xiang)關，換(huan)言之(zhi)斯特(te)勞哈(ha)數可(ke)視爲(wei)定量(liang)。由圖(tu)2可看(kan)出，在(zai)Re D=2×104 7×106區間(jian)内，斯(si)特勞(lao)哈數(shu)是定(ding)🔴值，此(ci)也是(shi)儀表(biao)的正(zheng)常工(gong)作區(qu)間。
　　現(xian)實情(qing)形下(xia)，Sr即便(bian)在Re D=2×104 7×106區(qu)間内(nei)，也與(yu)Re D的改(gai)變發(fa)生變(bian)化，參(can)🆚照1989年(nian)日本(ben)制訂(ding)的渦(wo)街流(liu)量計(ji)工業(ye)标準(zhun)JISZ8766《渦街(jie)流量(liang)計——流(liu)量測(ce)量方(fang)法⛱️》。2002年(nian)加以(yi)修訂(ding)，把渦(wo)街流(liu)量計(ji)發生(sheng)體的(de)固定(ding)形式(shi)歸爲(wei)兩種(zhong)，《标📧準(zhun)》規定(ding)的旋(xuan)渦設(she)計🏃‍♀️，發(fa)生體(ti)依據(ju)插入(ru)測🔞量(liang)管頂(ding)端✨固(gu)定與(yu)否區(qu)别爲(wei)标準(zhun)1型與(yu)标準(zhun)2型，它(ta)們的(de)Sr值存(cun)在較(jiao)小區(qu)❗别，詳(xiang)見表(biao)1數🐉據(ju)。


　　标準(zhun)2型Sr的(de)平均(jun)值是(shi)0.25033，它的(de)标準(zhun)偏差(cha)是0.12%；而(er)标準(zhun)1型爲(wei)0.3%，現階(jie)段我(wo)國一(yi)般廣(guang)泛采(cai)用标(biao)準1型(xing)。而标(biao)準2型(xing)在日(ri)本橫(heng)河儀(yi)表研(yan)制的(de)渦街(jie)流量(liang)計普(pu)遍采(cai)用。
　　通(tong)過雷(lei)諾數(shu)的推(tui)導公(gong)式不(bu)難得(de)出，檢(jian)測時(shi)，蒸汽(qi)和空(kong)氣☂️因(yin)爲☎️粘(zhan)💔度的(de)區别(bie)，會引(yin)發雷(lei)諾數(shu)存在(zai)差異(yi)。參照(zhao)一般(ban)實驗(yan)情況(kuang)下三(san)類流(liu)體介(jie)質的(de)工況(kuang)差異(yi)，它們(men)的運(yun)🙇‍♀️動粘(zhan)度詳(xiang)見表(biao)2：

式中(zhong)：
ρ表征(zheng)介質(zhi)密度(du)；
D 表征(zheng)管徑(jing)；
u 表征(zheng)流速(su)；η表征(zheng)介質(zhi)動力(li)粘度(du)；
v 表征(zheng)介質(zhi)運動(dong)粘度(du)。

　　通過(guo)以上(shang)各參(can)數數(shu)據不(bu)難發(fa)現，水(shui)的運(yun)動粘(zhan)度最(zui)低，空(kong)🚩氣最(zui)高，蒸(zheng)汽介(jie)于二(er)者之(zhi)間。三(san)者比(bi)例是(shi)1：15：4。所以(yi)若使(shi)📱雷諾(nuo)數一(yi)緻，應(ying)🔞使水(shui)的流(liu)速最(zui)小，空(kong)氣最(zui)大，蒸(zheng)汽在(zai)區間(jian)取值(zhi)。在對(dui)儀表(biao)的系(xi)數進(jin)行檢(jian)定過(guo)程中(zhong)，通常(chang)應考(kao)慮雷(lei)諾數(shu)一緻(zhi)時，真(zhen)🔴實測(ce)量過(guo)程中(zhong)的差(cha)異性(xing)誤差(cha)。尤其(qi)在蒸(zheng)汽的(de)測量(liang)時，儀(yi)表量(liang)程的(de)選型(xing)是參(can)照在(zai)空氣(qi)介質(zhi)下測(ce)量獲(huo)得的(de)體積(ji)流量(liang)區間(jian)✊與蒸(zheng)汽的(de)🔴密度(du)乘積(ji)，推導(dao)出蒸(zheng)汽的(de)⭐體積(ji)流量(liang)區間(jian)。這種(zhong)算法(fa)會引(yin)發差(cha)異性(xing)介質(zhi)下雷(lei)諾數(shu)的區(qu)間差(cha)異。細(xi)緻分(fen)析上(shang)表可(ke)得出(chu)，隻要(yao)雷諾(nuo)數在(zai)既定(ding)範圍(wei)内，檢(jian)定過(guo)程中(zhong)并不(bu)會由(you)于介(jie)質的(de)不同(tong)💃🏻造成(cheng)較大(da)的誤(wu)差，這(zhe)個影(ying)響可(ke)不考(kao)慮。但(dan)雷諾(nuo)數不(bu)可超(chao)出規(gui)✏️定區(qu)間，否(fou)則會(hui)引發(fa)Sr的較(jiao)大差(cha)異，造(zao)成誤(wu)差。
　　通(tong)過表(biao)3不難(nan)發現(xian)，要得(de)出渦(wo)街流(liu)量計(ji)基于(yu)最低(di)流量(liang)的限(xian)雷諾(nuo)數，口(kou)徑一(yi)緻情(qing)況下(xia)三類(lei)介質(zhi)的最(zui)小📐流(liu)速應(ying)滿足(zu)1.0：4.0：15.0的大(da)緻🥵比(bi)例♻️。所(suo)以不(bu)可以(yi)将空(kong)氣介(jie)質💰下(xia)的體(ti)積流(liu)量區(qu)間等(deng)🌂同于(yu)蒸汽(qi)介質(zhi)下的(de)數值(zhi)。
3 蒸汽(qi)介質(zhi)物理(li)特性(xing)影響(xiang)分析(xi)
　　物理(li)學家(jia)範德(de)瓦爾(er)斯特(te)實驗(yan)室中(zhong)，發現(xian)了水(shui)蒸氣(qi)的🐆物(wu)理💔性(xing)質，得(de)出氣(qi)體分(fen)子間(jian)有着(zhe)一定(ding)作用(yong)力，繼(ji)☀️而推(tui)導出(chu)氣體(ti)的狀(zhuang)态方(fang)✍️程以(yi)輔助(zhu)理論(lun)驗證(zheng)，這就(jiu)是著(zhe)名的(de)範德(de)瓦爾(er)斯特(te)氣體(ti)狀态(tai)方👣程(cheng)[5]。進一(yi)步研(yan)究發(fa)現，水(shui)🔅蒸汽(qi)的分(fen)子的(de)體積(ji)和相(xiang)互的(de)作用(yong)力比(bi)較大(da)，無法(fa)以☁️理(li)想的(de)氣體(ti)狀态(tai)方程(cheng)加以(yi)表征(zheng)。參照(zhao)範德(de)瓦爾(er)斯🚶特(te)💜公式(shi)（5）的計(ji)算過(guo)程：

式(shi)中：?
p爲(wei)壓強(qiang)；
V爲1摩(mo)爾氣(qi)體的(de)體積(ji)；
R爲普(pu)适氣(qi)體常(chang)數；
a爲(wei)度量(liang)分子(zi)間引(yin)力的(de)參數(shu)；
b爲1摩(mo)爾分(fen)子本(ben)身包(bao)含的(de)體積(ji)之和(he)。
　　以上(shang)公式(shi)（5）中因(yin)子a和(he)b的值(zhi)因氣(qi)體的(de)性質(zhi)不同(tong)而存(cun)在差(cha)異，一(yi)般地(di)，氣體(ti)的分(fen)子間(jian)引力(li)參數(shu)a與b分(fen)子體(ti)積 表(biao)述如(ru)表3所(suo)示。

　　氣(qi)體分(fen)子間(jian)的吸(xi)引力(li)與間(jian)距存(cun)在負(fu)相關(guan)性，也(ye)就是(shi)密度(du)的概(gai)念。把(ba)此理(li)論使(shi)用在(zai)渦街(jie)流量(liang)計的(de)測量(liang)過程(cheng)中，通(tong)過☁️表(biao)中的(de)數💘據(ju)不難(nan)發現(xian)，水蒸(zheng)汽分(fen)子間(jian)的吸(xi)引力(li)a的數(shu)值較(jiao)大，相(xiang)當于(yu)氧氣(qi)與氮(dan)氣的(de)4倍💯多(duo)。所以(yi)，在測(ce)量實(shi)際🈚氣(qi)體時(shi)，基于(yu)同等(deng)壓力(li)條件(jian)，水的(de)分子(zi)間的(de)吸引(yin)力的(de)數值(zhi)較蒸(zheng)汽與(yu)空氣(qi)大得(de)多，而(er)蒸汽(qi)又顯(xian)著⁉️大(da)于空(kong)氣。用(yong)渦街(jie)流量(liang)計進(jin)行㊙️測(ce)量時(shi)，發生(sheng)體兩(liang)側的(de)位置(zhi)因爲(wei)流速(su)加大(da)，引起(qi)靜壓(ya)力減(jian)小，體(ti)積擴(kuo)張，流(liu)體密(mi)度随(sui)之減(jian)小，而(er)水介(jie)質由(you)于分(fen)子間(jian)作用(yong)力大(da)，并無(wu)⭐明顯(xian)膨脹(zhang)情況(kuang)。蒸汽(qi)的分(fen)子間(jian)的吸(xi)引力(li)比空(kong)氣大(da)，所以(yi)前者(zhe)膨脹(zhang)性更(geng)低，密(mi)度💛變(bian)化也(ye)更小(xiao)💁。參考(kao)流量(liang)的連(lian)續性(xing)方程(cheng)得出(chu)，因爲(wei)空氣(qi)密度(du)變化(hua)更大(da)，所以(yi)它的(de)發生(sheng)體兩(liang)側的(de)流量(liang)變化(hua)較蒸(zheng)汽介(jie)質更(geng)大，所(suo)以它(ta)的儀(yi)表系(xi)數🔞比(bi)蒸汽(qi)介質(zhi)變化(hua)更顯(xian)著。

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