摘要(yao):霧狀流條件下(xià),離散液相對渦(wo)街流量計 測量(liàng)誤差的影響。對(duì)實驗結果的進(jìn)一步分析表明(ming)，均相流模型🏃‍♂️并(bìng)不适合于渦街(jie)流量計在霧狀(zhuang)流中的測量.實(shi)💋驗在💃🏻多相流裝(zhuang)🙇🏻置上口徑爲50mm的(de)水平管段上進(jin)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(nei)渦街流量計的(de)測量誤差,渦街(jie)産生的頻率值(zhi)是通過對模拟(ni)信号進行傅立(li)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(tǐ)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(yuán)因。
1引言
　　霧狀流(liu)是化工行業中(zhōng)常見的一種流(liu)型,表現爲氣相(xiàng)占絕大部分爲(wèi)連續相,液相占(zhàn)小部分爲離散(san)相⭐。目前用到霧(wù)狀流測量的流(liú)量儀表有孔闆(pan)文丘裏管.内錐(zhuī)渦街以及渦輪(lún)流量計其中孔(kǒng)闆和文丘裏管(guǎn)流量計應用廣(guang)泛,對于其它幾(jǐ)種流量計在霧(wù)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(jiu)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(jin)行了實驗,實驗(yan)結果表明液🏒相(xiàng)含量的增加會(hui)明顯地增加渦(wō)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(zhōng)的工作情況進(jìn)行了研究以水(shui)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(zheng)汽爲氣相.水📐爲(wèi)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(wen)獻不🐕多,并且多(duō)集中在研究不(bú)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(zhì)上常壓霧狀🚩流(liu)條件㊙️下進行了(le)實驗,并從不同(tong)角度對實驗果(guǒ)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(pǎn)流量計 和文丘(qiu)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(bú)适用。通過數值(zhi)仿真方✊法研究(jiu)了霧狀流條件(jiàn)下旋渦發生體(ti)上渦量場的變(bian)化,對測🌍量誤差(chà)以及均🈲相流不(bu)适用的原因進(jìn)行了探讨。
2實驗(yàn)裝置及方法
2.1實(shí)驗裝置(圖1)

　　空氣(qì)壓縮機将空氣(qì)壓縮後送入儲(chu)氣罐,流量計1計(jì)量氣液💋混♻️合前(qián)儲氣罐送入管(guan)道的氣體流量(liang)。蓄水罐距離地(dì)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(guan)☂️段,最後流入分(fen)離罐将水和空(kong)😄氣進行分離,空(kōng)氣由💃放氣閥排(pái)出，水由水泵送(song)回蓄水罐循🤟環(huán)使用。。工控機對(dui)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(háng)控制,調節氣相(xiàng)和液相的流量(liang)
　　實驗所用的渦(wō)街流量計選擇(ze)了一台應用最(zuì)多的壓電式渦(wō)街流量計,其口(kǒu)徑爲50mm,在普通氣(qi)體流量實驗裝(zhuang)置上測試,其精(jing)🔴度爲15%。将渦街流(liú)量計放置在水(shuǐ)🏃🏻‍♂️平直管段上,其(qí)上下遊直管段(duàn)🥵長度分别爲30D和(he)20D。 壓力變送器 和(he) 溫度變送器 分(fèn)别放在渦街流(liú)量計上遊1D和下(xià)遊10D的位置水在(zai)渦😘街流量🤩計上(shang)遊70D的地方注入(ru),混和器安裝在(zai)渦街流量計上(shàng)遊30D的位置
2.2實驗(yàn)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(lü)分别爲0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以5000Hz的頻(pin)率對不同液相(xiàng)含率下電荷放(fàng)大器産生的正(zheng)弦信号進行采(cai)樣,每次采樣10組(zǔ)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(xià)渦街産生的🔴頻(pín)率.，不同液🤩相含(hán)率時渦🈲街信号(hào)的頻⛱️譜圖如圖(tu)2所🤞示。

3測量誤差(cha)分析
表1爲實驗(yan)的最終結果。

　　在(zài)對渦街流量計(ji)的測量誤差進(jìn)行分析之前,首(shou)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(jiē)流量計的斯特(tè)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(yòng)式(1)計✍️算得到。

　　式(shì)中:Qt一實驗段渦(wo)街流量計測得(de)的流量值;?一頻(pín)譜分析🔞後得到(dào)的渦街脫落頻(pín)率;st一斯特勞哈(hā)爾數;d一旋渦發(fa)生體截流面寬(kuan)度;D一管道直徑(jìng).
　　對渦街流量計(ji)的測量誤差用(yong)式(2)來計算:

　　式中(zhong):σ一渦街流量計(ji)的測量誤差，Qt一(yī)-圖1中流量計1測(ce)📧得的标準流量(liang)值。
　　表2爲渦街流(liu)量計測量誤差(cha)的計算結果。從(cóng)表中可🤟以看出(chū),渦🏃街流量計的(de)測量誤差随着(zhe)液相含率.的增(zeng)加而增加。當液(yè)相含率從0僅增(zeng)加到00106%時,渦街流(liu)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(xiang)含率從00106%增加☎️到(dao).0.0922%時,誤差變化較(jiao)爲平緩,液相含(han)率增加了近10倍(bèi),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(xiang)流體的速度溫(wen)度和化學勢的(de)平均值與每一(yi)相的速度溫度(du)和化學勢的數(shu)值相同時的流(liu)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(yī)種具有均🤞勻混(hùn)合密度B的“單相(xiàng)流體”。一些研🌈究(jiū)者[5~)将霧♊狀流視(shi)爲㊙️均相流流動(dòng)，并用均相🌈流模(mó)型對孔闆和文(wen)丘裏💚在霧狀流(liu)中👌的測量進行(hang)了研究,取得了(le)較好的結果。本(běn)文以均😍相流模(mo)型爲依據對渦(wō)街流量計在霧(wù)狀流中的測量(liàng)🌈誤差進行了分(fèn)析。
　　渦街流量計(ji)測量單相流流(liú)量Q的模型爲:

　　将(jiang)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(chuán)感器的均相流(liu)模型。

　　式中:x一幹(gàn)度,表示氣液兩(liang)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(zài)實驗中由式(7)計(ji)算流入實驗管(guǎn)段中的氣液混(hun)合物☎️的總體質(zhì)量流量。

　　式中:Wmc一(yī)流入實驗管段(duàn)的氣液總質量(liàng)流量;wc一圖1中❓标(biao)準🤩流量計1測得(de)的氣液混合前(qián)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(yan)管段中渦街流(liú)量計測得的混(hun)合流體的質量(liàng)✌️流量Wmt通過式📞(6)計(ji)算得到因此最(zuì)終實驗管段渦(wo).街流㊙️量計的測(ce)量誤差用式(8)計(ji)🔞算,δ爲相對誤差(chà),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(wo)街流量計的測(cè)量誤差,從圖中(zhōng)可以看到，将霧(wu)狀流看作均相(xiàng)流後，,渦街流量(liàng)計測量得到的(de)質量流量值與(yǔ)實際值之間依(yī)然存在有較大(dà)的誤差,并且誤(wu)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(liàng)表示了速度場(chang)的旋轉程度,可(kě)以通過對旋渦(wō)發生體壁面渦(wo)量場的測量來(lái)判斷旋渦結構(gou)的強度以😘及邊(bian)界層的卷曲情(qing)況。在前面對液(yè)相運動情💁況分(fèn)析的基礎上，對(dui)旋🈲渦發生體上(shang)旋渦形成的變(bian)化進行了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻分析(xī)。通過數值模拟(nǐ)。觀察了當氣相(xiàng)中有離散液相(xiàng)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(jì)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(jiē)壁面.上渦量🌈的(de)變化情況進行(hang)了記錄。圖4反映(ying)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(bian)化情況,以及當(dāng)氣體中注入液(yè)體含率爲0.1%時旋(xuan)渦發生體上一(yī)個周期内不⛹🏻‍♀️同(tong)時刻的渦量變(biàn)化。未加入液相(xiàng)時可以看到旋(xuán)渦在旋渦發🐇生(shēng)體上從産生到(dào)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(shí)刻邊界層在旋(xuan)渦發生體的銳(ruì)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(xiàng)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(xiang)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(wō)發生體上的渦(wō)量明顯減小。

　　孔(kong)闆和文丘裏管(guǎn)流量計是利用(yong)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(xiao),而渦街🏃流量計(jì)是利用🈚檢測流(liu)體經過旋渦發(fā)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(sheng)體上的渦量分(fèn)析表明⛷️,液相的(de)存在影響了旋(xuán)渦的形📐成，從而(ér)減弱了旋渦強(qiáng)度造成了測量(liang)誤差的增加。
6結(jié)論
(1)通過在霧狀(zhuang)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(cha)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(da)。
(2)在文丘裏和孔(kong)闆流量計中适(shi)用的均相流模(mó)型并不适用于(yu)渦街流量計。從(cong)數值模拟的結(jie)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(xíng)成,從而導緻了(le)渦街流量計測(ce)量誤差的增加(jiā)。

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