摘(zhai)要：蒸汽流量(liang)量值體系的(de)溯源是保證(zhèng)蒸汽流量✏️測(cè)量準🐪确的關(guān)鍵。基于流體(ti)力學、熱力學(xué)以及渦街流(liu)量計旋🌏渦的(de)🐕産生機理，分(fèn)析不同介質(zhi)對渦街流量(liang)計的計量特(tè)性的影響，介(jie)質粘度的不(bu)同導緻了三(san)種介質💃🏻測試(shi)下雷諾數的(de)不✂️同，影響到(dào)斯特勞哈數(shu)差異。但對渦(wō)街流量計的(de)儀表系數🏒影(yǐng)響不大，可💋忽(hū)略其影響。介(jiè)質粘度的不(bu)同會導緻流(liú)量範圍的🔅不(bú)同。該分析将(jiāng)有利于提高(gāo)渦街流量計(jì)測量蒸汽流(liú)量的計量精(jīng)度。
1 蒸汽介質(zhi)的影響因素(sù)
　　所謂渦街流(liú)量計(亦稱旋(xuan)渦流量計)，其(qi)工作機理是(shi)“卡🌈門渦街”，是(shì)一類流體振(zhèn)蕩式的測量(liàng)儀器。“卡門渦(wō)🈲街”的原理是(shì)：待🚶‍♀️測管道流(liú)體中放進一(yi)根(或數根)非(fēi)流線型截面(mian)的旋渦發🌏生(sheng)體，等到雷諾(nuo)數到達特定(dìng)數值，在旋渦(wo)發生體兩側(ce)分離出兩串(chuan)交錯有序的(de)旋渦，此過程(chéng)具有交替性(xìng)，我們将這種(zhong)旋渦叫作卡(kǎ)☀️門渦街[3]。在特(te)定雷諾數範(fàn)圍之☔間，旋渦(wō)的分離頻率(lü)同旋渦發生(sheng)體與管道的(de)幾何尺寸🔴息(xī)息相關。數據(jù)表明，旋渦的(de)分離頻率同(tóng)流量存在正(zheng)相👌關性，此頻(pin)率可通過傳(chuán)感器獲得。以(yǐ)上渦街流量(liàng)計與卡門渦(wo)街的關系可(ke)從圖1看出，二(èr)者有如下邏(luó)輯關系：

式中(zhōng)：
f 爲旋渦分離(lí)頻率，Hz ；
Sr爲斯特(te)勞哈爾數；
U1爲(wèi)旋渦發生體(ti)兩側的平均(jun1)流速，m/s ；
d爲旋渦(wō)發生體迎流(liu)面的寬度，m；
U爲(wèi)被測介質來(lái)流的平均流(liu)速，m/s ；
m爲旋渦發(fa)生體兩側弓(gong)形面積與管(guǎn)道橫截面面(miàn)積之比。不可(kě)壓🌈縮流體中(zhōng)，由于流體密(mì)度?不變，由連(lian)續🙇‍♀️性方程可(kě)得到🔴：m=U/U1 。

式中：
K爲(wèi)渦街流量計(ji)的儀表系數(shu)，1 /m3。
　　通過式（3）不難(nán)看出，儀表系(xi)數K是渦街流(liú)量計的計量(liang)特性的定量(liàng)表征，數據表(biao)明，其儀表系(xi)數隻和其機(jī)械結🈲構與斯(sī)特勞哈爾數(shu)有關，同來流(liú)流量并無相(xiàng)❗關性。
蒸汽對(dui)渦街流量計(ji)計量特性存(cun)在較大影響(xiǎng)。可總結爲三(san)個方面：
第一(yī)，從公式（3）中能(néng)夠得出，機械(xiè)結構尺寸D、m、d 以(yǐ)及斯特勞🍉哈(ha)爾數Sr這些參(cān)數與K值大小(xiao)存在較大關(guan)聯性。基于物(wù)理原理研究(jiū)發現，在流體(tǐ)介質條件存(cun)在差異情況(kuang)下，機械結構(gou)尺寸的改變(biàn)一般是🆚與溫(wen)度的改變引(yǐn)發的熱脹冷(leng)縮效應息息(xi)相關。
第二，雷(léi)諾數對斯特(tè)勞哈爾數Sr産(chǎn)生較大影響(xiǎng)，前者📞又與粘(zhān)度密切相關(guan)，而粘度的差(cha)異性又取決(jue)于流☁️體的差(cha)異，既而引發(fā)♻️斯特勞哈爾(er)數Sr的區别。
第(di)三，公式（3）的推(tui)導過程是以(yi)不可壓縮流(liu)體爲前提的(de)，當換作氣體(ti)介質時，由于(yú)可壓縮性的(de)區别或許會(hui)引發儀表系(xì)數産生誤差(cha)。以上三個因(yin)素對于渦街(jiē)流量計的影(ying)🌈響将在🚶下一(yī)節進一步探(tàn)讨。
2 蒸汽介質(zhì)斯特勞哈爾(ěr)數的影響
　　嚴(yán)格而言，斯特(te)勞哈爾數是(shi)一種相似準(zhǔn)則，是在讨論(lun)流體力學中(zhong)物理相似和(he)模化是引入(rù)的概念[4]。其💜是(shì)用來表征旋(xuan)⭕渦頻率和🐉阻(zǔ)流體特征尺(chǐ)寸、流速關系(xi)的。在特定雷(lei)諾數區間中(zhōng)，旋渦的分離(li)頻率和旋✏️渦(wo)發生體與管(guan)道的幾何尺(chǐ)寸密切相關(guān)，換言之斯特(tè)勞哈數可視(shi)爲定量。由🧑🏾‍🤝‍🧑🏼圖(tu)2可看出，在Re D=2×104 7×106區(qū)間内，斯特🌏勞(láo)哈數是定值(zhí)，此也是儀表(biǎo)的正常工作(zuo)區間。
　　現實情(qing)形下，Sr即便在(zai)Re D=2×104 7×106區間内，也與(yǔ)Re D的改變發生(sheng)變化，參照1989年(nián)🔞日本制訂的(de)渦街流量計(jì)工業标準JISZ8766《渦(wō)街流量計——流(liu)量測量方法(fǎ)🈲》。2002年加以修訂(dìng)，把渦街流量(liàng)計發生體的(de)📧固定形式歸(gui)爲兩種，《标準(zhun)》規定⭐的旋渦(wō)設計📞，發生體(ti)依據插入測(ce)量管頂端固(gù)定與否區别(bié)爲标♊準1型與(yu)标準2型，它們(men)的Sr值存在較(jiào)小區别，詳見(jian)表1數據。


　　标準(zhun)2型Sr的平均值(zhí)是0.25033，它的标準(zhun)偏差是0.12%；而标(biāo)準1型爲0.3%，現階(jie)🥰段我國一般(bān)廣泛采用标(biāo)準1型。而标準(zhǔn)2型在日✊本橫(héng)❗河儀表研制(zhì)的渦街流量(liang)計普遍采用(yòng)。
　　通過雷諾數(shu)的推導公式(shì)不難得出，檢(jiǎn)測時，蒸汽和(he)空氣因爲粘(zhan)度的區别，會(hui)引發雷諾數(shu)存在差異。參(can)📐照一💚般實驗(yàn)情況下三類(lèi)流體介質的(de)工況差異，它(tā)們的運動粘(zhān)度詳見表2：

式(shi)中：
ρ表征介質(zhì)密度；
D 表征管(guǎn)徑；
u 表征流速(sù)；η表征介質動(dòng)力粘度；
v 表征(zhēng)介質運動粘(zhan)度。

　　通過以上(shàng)各參數數據(ju)不難發現，水(shui)的運動粘度(du)最低，空氣最(zuì)高，蒸汽介于(yú)二者之間。三(sān)者比例是1：15：4。所(suo)以🔆若使雷諾(nuo)數一緻，應使(shi)水👉的流速最(zui)小，空氣最大(dà)，蒸汽在區間(jian)取值。在對儀(yí)表的系💰數進(jin)行檢定過程(chéng)中，通常應考(kǎo)慮雷諾數一(yi)緻時，真實測(cè)量過程中的(de)差異性誤差(cha)。尤其在蒸汽(qi)的測量時，儀(yí)表量程的選(xuan)型🈚是參照在(zai)空氣介質下(xia)測量獲🤩得的(de)體積流量區(qu)間與蒸汽的(de)密度乘積，推(tui)導出蒸汽的(de)體積流量區(qū)間。這種算法(fa)會引發差異(yi)性介質下雷(léi)諾數✊的區間(jian)差異。細緻分(fèn)析上表可得(dé)出，隻要雷諾(nuò)數在既定㊙️範(fan)圍👈内，檢定過(guò)程中并不會(hui)由于介質的(de)不同造成較(jiào)大的誤差，這(zhè)個影響可不(bú)考慮。但雷諾(nuo)數不可超出(chū)規定區間，否(fou)則會引發Sr的(de)較大差異，造(zào)成誤差。
　　通過(guo)表3不難發現(xian)，要得出渦街(jie)流量計基于(yu)最低流量的(de)限雷諾數，口(kou)徑一緻情況(kuàng)下三類介質(zhì)的最小🏃‍♂️流速(su)應滿足1.0：4.0：15.0的大(da)緻比例🔞。所以(yǐ)不可以将空(kong)氣介質下的(de)體積流量🙇🏻區(qū)間等同于蒸(zheng)汽介質下的(de)數值。
3 蒸汽介(jiè)質物理特性(xìng)影響分析
　　物(wu)理學家範德(dé)瓦爾斯特實(shi)驗室中，發現(xian)了水蒸氣的(de)物理性質，得(dé)出氣體分子(zǐ)間有着一定(dìng)作用力，繼❌而(er)推導出氣體(ti)的狀态方📱程(cheng)以輔助理論(lùn)驗證，這就🏒是(shì)著名的範德(de)🔴瓦爾斯特氣(qì)體狀态方程(chéng)[5]。進一步研究(jiu)發現，水蒸汽(qì)的分子的體(tǐ)積和相互的(de)作用力比較(jiào)大，無法以理(li)想的氣體👄狀(zhuang)态方程加以(yǐ)表征。參照🐆範(fàn)德瓦爾斯特(te)公式（5）的計算(suan)過程：

式中：?
p爲(wei)壓強；
V爲1摩爾(er)氣體的體積(jī)；
R爲普适氣體(tǐ)常數；
a爲度量(liang)分子間引力(lì)的參數；
b爲1摩(mo)爾分子本身(shēn)包含的體積(ji)之和。
　　以上公(gōng)式（5）中因子a和(hé)b的值因氣體(tǐ)的性質不同(tong)而存在差異(yì)，一般地，氣體(ti)的分子間引(yǐn)力參數a與b分(fen)子體積 表述(shù)如♍表3所示。

　　氣(qì)體分子間的(de)吸引力與間(jiān)距存在負相(xiàng)關性，也就是(shì)密度的✉️概念(niàn)。把此理論使(shi)用在渦街流(liú)量計的測量(liàng)過程中🐇，通過(guo)表中🏃‍♂️的數🈲據(ju)不難發現，水(shuǐ)蒸汽分子🥵間(jian)的吸引力a的(de)數值較大，相(xiàng)當于氧氣🔱與(yu)氮氣的4倍多(duō)。所以，在測量(liàng)實際氣體時(shi)，基于同等壓(yā)力條件，水的(de)分子間的吸(xi)引力的數值(zhi)較蒸汽與空(kong)氣大得多，而(er)蒸汽又顯著(zhe)大于空氣。用(yòng)渦街流量計(jì)進行測量時(shi)，發生體兩側(cè)的位置因🈲爲(wei)流速加🌈大，引(yǐn)起靜壓力減(jian)小，體積擴張(zhāng)，流體密度随(suí)之減小，而水(shuǐ)介質由于分(fèn)子間作🈲用力(li)大，并無明顯(xiǎn)膨脹情況。蒸(zhēng)汽的分子間(jiān)的吸引力比(bǐ)空氣大，所以(yi)前者膨脹性(xing)更低，密度變(bian)化也更小。參(cān)考流量的📱連(lián)續性方程得(dé)出，因爲空氣(qi)密度變化更(geng)大，所以它的(de)發生💜體兩側(ce)的流量變化(hua)較蒸汽介質(zhì)更大，所以它(ta)的儀表系數(shù)比蒸汽介質(zhì)變化更顯著(zhe)⚽。

以上内容來(lái)源于網絡，如(rú)有侵權請聯(lian)系即删除!