1前言(yan)
　　濕氣是由(you)氣體與液(ye)體混合而(er)成的--種兩(liang)相流，其中(zhōng)液相🤟體積(jī)🙇🏻占一-小部(bù)分爲離散(san)相，氣相體(ti)積占到絕(jue)大部分爲(wei)連續相。在(zai)石油🚶和天(tian)然氣工業(ye)中,經常會(hui)有濕氣🎯産(chan)生。石油工(gong)業要求濕(shī)氣的測量(liàng)正确可靠(kào)。濕氣計量(liang)的最終目(mù)的是實現(xian)♻️濕氣測量(liàng)儀表或系(xì)♋統能夠實(shí)時檢測出(chu)濕氣中液(yè)相和氣相(xiang)的含量。
　　目(mù)前濕氣測(cè)量的常用(yòng)方法是将(jiang)幾種測量(liang)幹氣的🌏标(biāo)準儀表㊙️進(jìn)行組合對(duì)濕氣進行(háng)測量,或直(zhí)接用測量(liang)幹氣的儀(yi)表💋對濕👄氣(qì)進行測量(liàng)，并對測量(liàng)結果進🧡行(hang)修正,其中(zhong)修正值是(shì)⛱️通過實🔞驗(yan)來确👣定的(de)。多種儀表(biǎo)者被推薦(jiàn)用于濕氣(qì)的測量,目(mu)前用到的(de)流量計🈲有(you)孔闆、文丘(qiu)裏管、渦輪(lún)、渦街和 内(nei)錐式流量(liang)計 。在這些(xiē)流量計中(zhong),孔闆和文(wen)丘裏管應(yīng)用廣泛，并(bing)已經用于(yu)濕氣的計(ji)量,而對于(yu)其它幾種(zhǒng)流量計在(zài)濕氣中應(ying)用的報道(dào)還🏃較少。
　　渦(wo)街流量計(jì) 是--種速度(dù)式流量計(ji),利用旋渦(wo)脫落原理(lǐ)制成。其具(jù)💔體🐅檢測📞方(fāng)法🌈是:在流(liú)體中放置(zhi)一個旋渦(wō)發生體,流(liu)體流過旋(xuán)渦發生體(tǐ)時會在其(qí)兩側産生(sheng)旋渦,旋渦(wo)✏️産生的頻(pín)率與流體(tǐ)的流速成(cheng)正比，通過(guo)檢測旋渦(wo)産生的頻(pin)率來達到(dao)檢測流體(tǐ)流速的目(mu)的。渦街流(liú)🈲量計的測(ce)量精度--般(bān)能達💋到1.5%,量(liang)程比爲10: 1。
　　渦(wō)街流量計(ji)已經用于(yu)濕氣的測(ce)量。一款測(cè)量濕氣的(de)儀表,由兩(liǎng)台文丘裏(lǐ)管與一台(tai)渦街流量(liàng)計組合來(lai)測量濕氣(qì)。目前提供(gòng)渦街流量(liang)計在濕氣(qì)條件下實(shí)驗數✍️據的(de)文獻還較(jiào)少，因此需(xū)要更多的(de)實驗數🈲據(ju)對渦街流(liu)量計在♌濕(shi)氣條件下(xia)的工作情(qíng)況作深入(ru)分析。
濕氣(qì)中液相的(de)存在會加(jia)大渦街流(liú)量傳感器(qì)的測量誤(wu)差🏃🏻‍♂️。目前所(suo)查到的文(wen)獻主要集(jí)中在對測(ce)量誤差的(de)研究上,研(yán)🈲究者記錄(lu)了不同工(gong)況條件下(xia)不同液相(xiang)含率造成(cheng)渦街流量(liang)傳感✔️器測(ce)量誤差範(fàn)圍,以便對(dui)渦街🈲流量(liàng)計在濕氣(qi)條件下的(de)測量值進(jìn)行修正。在(zai)油田現場(chang)和實驗室(shì)的濕氣條(tiáo)件下對渦(wo)街流量計(jì)進行了實(shí)驗,實驗結(jie)果表明液(yè)相含量的(de)🐇增加會明(míng)顯增加渦(wo)街流量計(jì)的測量誤(wu)差I2);W ashingon( 1991 )在油田(tián)現場的高(gāo)壓條件 下(xia)對渦街流(liu)量計在濕(shī)氣中⭕的工(gong)作情況進(jìn)行了研 究(jiu)以水蒸汽(qi)作爲💚實驗(yàn)介質對渦(wo)街流💔量計(jì)進行了實(shí)驗研究,其(qí)中蒸汽爲(wèi)氣相🐕，水爲(wèi)液相4;NEL實驗(yan)室在不同(tong)的壓力下(xià)對渦街流(liu)量計測量(liàng)濕氣♋的誤(wu)差進行了(le)研究。
　　從已(yǐ)有的文獻(xian)看，以往的(de)研究工作(zuo)主要集中(zhong)在觀測不(bu)同工況下(xia)渦街流量(liang)計測量濕(shī)氣時測量(liàng)誤差的變(biàn)✔️化情況。本(běn)文通✊過實(shi)驗确定了(le)在常壓條(tiáo)件下,不同(tóng)液相含率(lǜ)時渦街❄️流(liú)量計對濕(shī)氣的測量(liang)誤差,并經(jing)出了☀️渦街(jiē)信号品質(zhì)随液相含(hán)率的變化(huà)趨勢🔞,最後(hòu)讨論了🚶造(zào)成渦街流(liu)量傳感器(qi)在濕氣測(cè)量中誤差(chà)增大和信(xìn)号變壞的(de)原因。
2.實驗(yan)裝置及方(fang)法低，
21實驗(yan)裝置
　　實驗(yàn)介質由已(yǐ)測定流量(liàng)的空氣和(hé)水組成,其(qí)中空氣爲(wei)氣相,水爲(wei)液相,分别(bié)送入管道(dào)混合成濕(shi)氣送入實(shí)💘驗管段。實(shí)驗裝㊙️置如(rú)✊圖1所示。實(shi)驗裝置由(you)空氣壓縮(suō)機、儲氣罐(guan)、蓄水罐、分(fèn)離罐流量(liàng)計、 壓力變(bian)送器 、 溫度(du)變送器 、工(gong)控機和各(ge)種閥門組(zǔ)成。
 
　　空氣壓(ya)縮機将空(kōng)氣壓縮後(hòu)送入儲氣(qi)罐,流量計(ji)1測量氣液(ye)混合前儲(chu)氣罐送入(ru)管道的氣(qi)體流量。蓄(xu)水罐距👄離(lí)地面30m,提🏃‍♂️供(gong)實驗所需(xū)的液相,其(qí)流量由流(liu)量計2測得(dé)。氣相和液(yè)相經混合(hé)器混合後(hòu)送入實驗(yàn)管段,最後(hòu)流入分離(li)罐将水和(he)空👄氣進行(háng)分離,空氣(qi)由㊙️放氣閥(fa)排出，水由(you)水泵送回(hui)蓄水罐循(xun)環使用。工(gōng)控♌機對所(suǒ)有儀表數(shù)據進行采(cai)集‼️和顯示(shi)并對兩個(gè)電動調節(jie)閥✂️進行控(kong)制,調節氣(qi)相和液相(xiang)的流量。實(shí)驗所用的(de)渦街流量(liàng)傳感器 選(xuǎn)擇了一台(tai)應用最多(duo)的壓電式(shì)渦街流量(liàng)傳感器,其(qí)口徑爲50 mm,在(zai)普通氣體(ti)流量實驗(yàn)裝置.上測(ce)試,其精度(du)爲1. 5%。将渦街(jie)傳🈲感器放(fang)置在水平(píng)直管段上(shàng)，其上、下遊(you)直管段長(zhang)度🏃‍♂️分别爲(wèi)30D (管道直徑(jìng))和20D。 壓力變(bian)送器和🏒溫(wēn)度變送👣器(qi)分别放在(zai)渦街流量(liàng)傳感器上(shàng)遊1D和下👅遊(yóu)10D的位置。水(shuǐ)在渦街流(liu)量傳感器(qi).上遊70D 處注(zhù)入,混合器(qi)安裝在渦(wo)街流量計(jì).上遊30D 的位(wei)置。
22實驗方(fang)法.
　　實驗過(guo)程中保持(chi)氣相流量(liang)爲141 m³/h,對應的(de)流速爲20 m/s, 管(guan)道中液相(xiàng)🐕體積含率(lü)分别爲:0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以(yi)5000 Hz的頻率對(dui)不同液相(xiàng)含率下電(diàn)荷放大器(qi)産生的正(zheng)🙇‍♀️弦信号🙇🏻進(jìn)行采樣，,每(mei)次采樣10組(zǔ)數據，每組(zu)數據有104個(ge)采樣點,将(jiang)得到的采(cǎi)樣點進行(háng)傅裏葉變(bian)換得到不(bú)同液相含(hán)率下渦街(jiē)産生的👈頻(pin)譜,如圖2所(suǒ)示.
 
3液相含(hán)率對測量(liàng)誤差的影(ying)響
31測量誤(wu)差分析
　　爲(wèi)了對渦街(jie)流量計的(de)測量誤差(cha)進行分析(xī),首先在👄标(biao)🐕準氣裝置(zhi)上進行标(biao)定,得到了(le)其斯特勞(lao)哈爾數爲(wei)0. 291 ,那麽流過(guo)它的流量(liàng)值⭕可用下(xià)式計算、
 
　　其(qi)中，Qt爲實驗(yan)段渦街流(liú)量計測得(de)的流量值(zhí);爲渦街🍉脫(tuō)落✏️頻率; Sr爲(wèi)斯特勞哈(hā)爾數; d爲旋(xuan)渦發生體(ti)截流面寬(kuān)度; D爲管道(dào)直徑。
　　渦街(jie)流量計測(ce)量誤差可(kě)由”下式計(ji)算:
 
　　其中:y爲(wèi)測量誤差(cha);Qc.爲流量計(ji)1見圖1)測得(de)的.标準流(liú)量值🐉。
　　表1爲(wei)當注入不(bu)同的液相(xiàng)流量時，渦(wo)街流量計(ji)的測量誤(wù)差。Qj,表示注(zhu)入的液體(tǐ)流量，P、爲液(yè)相含率，E,爲(wèi)測量誤差(cha)。從表中可(ke)以很明顯(xian)地看出,液(yè)相流量的(de)增加,使渦(wō)街流量讓(rang)的測量誤(wù)差增加。
 
　　爲(wei)了更好地(dì)比較不同(tong)工況下渦(wo)街流量傳(chuan)感器測量(liang)誤差的變(biàn)化，表2列出(chu)了不同研(yán)究者的研(yán)究結果其(qi)中Test爲本次(ci)實驗結果(guo)。雖然不同(tóng)研究者的(de)實驗條件(jiàn)相差🚶較大(da),但🈲通過表(biǎo)2仍可以☀️總(zong)結出以下(xià)幾條規🛀律(lü):液相含率(lü)越大渦街(jie)測量誤差(chà)越大;管道(dao)内壓力對(duì)測量結果(guǒ)影響比較(jiào)大,壓力越(yuè)大其💜測量(liàng)誤差越小(xiǎo);實驗介質(zhì)對✉️測量誤(wù)差有影🔴響(xiang)。
 
3. 2斯特勞哈(ha)爾數的變(biàn)化
　　誤差産(chan)生的原因(yīn)是液相的(de)加入使渦(wo)街流量計(jì)的斯特勞(lao)哈爾數Srav不(bú)再是-T個常(cháng)數，而是随(sui)着液相的(de)增☎️加而變(biàn)化。将實驗(yan)中不同液(yè)相含率下(xia)得到的Srav進(jin)行了多項(xiang)式拟合,拟(nǐ)合曲📧線如(ru)圖3所示,最(zui)大拟和誤(wù)差爲0. 858%。其中(zhong)Srav爲👉10 次測量(liàng)得到Si的算(suan)術平均值(zhi)，sr的計算如(ru)式(3):
Sr=f.d/v???????????(3)
　　其中,f渦(wō)街脫落頻(pín)率;d旋渦發(fā)生體截流(liú)面寬度;v爲(wèi)平♉均🛀🏻流🏃‍♂️速(su)。
 
4渦街信号(hao)品質分析(xi)
4.1渦街信号(hao)的不确定(dìng)度
　　采用式(shi)(5)對渦街頻(pin)率信号的(de)不确定度(dù)進行分析(xī)。
 
　　式中，f爲10次(ci)測量結果(guǒ)的平均值(zhi),N爲測量次(ci)數,σ爲不确(què)定度,σ0爲相(xiàng)對🙇🏻不确定(dìng)度。在每個(ge)液相含率(lǜ)下測量10次(cì)。
　　實驗結果(guǒ)如圖4所示(shì)。結果表明(ming),液相的增(zeng)加會影響(xiang)渦街脫🚩落(luo)頻率的不(bú)确定度，從(cong)圖4可以看(kan)出随着液(yè)相含率不(bu)👨‍❤️‍👨斷的增加(jiā),渦街💛脫落(luò)頻率的不(bu)确定度也(yě)随之變差(cha)。當測量幹(gàn)氣💚的時候(hou),渦街流㊙️量(liang)傳感器的(de)🔴不确定度(du)爲0. 031%, 當液相(xiang)含率達到(dào)01092 2%時不确定(ding)度已經達(da)🔴到1. 58% ,增長了(le)将近51倍,可(kě)見液✨相的(de)存在使渦(wo)街流量傳(chuán)感器測量(liàng)信号🔞的不(bú)确定度增(zeng)大,因此對(dui)渦街流量(liàng)傳感器進(jin)🌂行誤差📧修(xiū)正時必須(xū)考慮液相(xiàng)對測量不(bú)确定度的(de)影響。
 
4.2渦街(jiē)信号質量(liàng)分析
　　用一(yī)個參數Sq來(lai)描述渦街(jie)頻率信号(hao)的品質。
Sq定(dìng)義如下:
 
　　式(shì)中: Ps爲渦街(jie)頻率帶0. 96 f到(dào)1. 04 f範圍内的(de)能量,其中(zhōng)信号能量(liàng)通過譜分(fen)析獲得。R爲(wèi)總能量減(jiǎn)去Ps後的能(neng)量。如果Sq爲(wèi)正，則渦街(jiē)頻率帶🛀的(de)能量大于(yu)其它頻帶(dai)的能量。在(zai)M iau's l和Pankan in'的文章(zhang)中對Sq的定(ding)義有詳細(xì)說明。實驗(yàn)中利用這(zhe)種方法得(dé)到了渦街(jiē)頻率信号(hào)品質随液(yè)相含率🚶‍♀️變(biàn)化的情況(kuang)💜,如圖5所示(shì)。Sq總的變化(huà)趨勢是随(suí)着液相含(han)率的增加(jia)而迅速減(jiǎn)小,在液相(xiàng)含率大于(yú)0106%後s由正變(bian)負,渦街頻(pín)率帶的能(neng)量開始小(xiao)于其它頻(pin)率帶的能(neng)量,信号品(pǐn)質将變😄得(de)很差。
 
5實驗(yan)分析
　　從實(shi)驗結果來(lai)看，少量的(de)液相不但(dàn)會使測量(liang)誤差變🎯大(dà),而且還會(hui)使渦街信(xìn)号的品質(zhi)變差。對于(yu)這種現象(xiàng)可以從液(ye)👅滴對氣相(xiang)的湍流調(diao)制的角度(du)來解釋。圖(tú)6反映了當(dang)氣相流過(guò)液滴🥰時的(de)情況,可以(yi)看出氣相(xiang)流過👣液滴(di)時會在液(yè)滴的後面(mian)産生尾流(liu)并且在尾(wei)流中産生(sheng)速度梯度(dù)。，尾流及其(qí)引起的速(sù)度梯度會(huì)使流體❓中(zhong)擾動變大(da),進而影響(xiang)到渦街的(de)産生, 通過(guò)實驗證明(ming)擾動的增(zēng)加更有利(lì)于渦街的(de)脫落,這樣(yang)就增大了(le)測量誤差(cha)。管道内壓(ya)力🌂增加會(huì)抑制👨‍❤️‍👨湍流(liú)度增加,因(yīn)此提高管(guǎn)道内壓力(lì)會降低測(ce)量誤差。渦(wō)街脫落時(shi)會✂️帶動液(yè)滴--起旋轉(zhuan),這樣⛹🏻‍♀️就會(hui)減弱旋渦(wo)的強度,使(shǐ)渦街信号(hao)變弱。

 
6結論(lùn)
　　渦街流量(liang)計雖然已(yǐ)經在單相(xiang)流測量中(zhong)得到了廣(guang)泛的應用(yong),但在濕氣(qi)條件下應(ying)用時會出(chu)現許多新(xin)的問題。通(tōng)過以上的(de)實驗🤞研究(jiu)表明,濕氣(qi)條件下,液(yè)柞含率的(de)增加📞不隻(zhī)是影響渦(wō)街脫落頻(pin)率從而使(shǐ)測量精度(dù)下降,而且(qiě)對于渦街(jiē)💔頻率信号(hao)的品質也(ye)🚩會有直按(an)影響,這種(zhǒng)影響随着(zhe)液相含率(lǜ)的增加而(ér)增加。

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