摘要(yao):霧狀流條件下(xia),離散液相對渦(wō)街流量計 測量(liàng)誤差的影響。對(dui)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(jiē)流量計在霧狀(zhuàng)流中☀️的測量.實(shí)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(tiáo)件下，研究了0~01%液(yè)相含率範圍内(nèi)渦街流量計的(de)測量誤差,渦街(jie)産生的頻率值(zhí)是通過對模拟(nǐ)信号進行傅立(li)葉變換來獲取(qǔ)的.利用數值仿(pang)真的方法研究(jiu)了旋渦發生體(tǐ)♋上渦量場的變(bian)化,理論上解釋(shi)了霧狀流中渦(wō)街流量計測量(liang)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(wei)連續相,液相占(zhan)小部分爲離散(sàn)相。目前用到霧(wu)狀流測量的流(liu)量儀表有孔闆(pan)文丘裏管.内錐(zhuī)渦街以及渦輪(lun)流量計其中孔(kǒng)✂️闆和文丘裏管(guan)流量計應用廣(guǎng)泛,對于其它幾(ji)種流量計在霧(wu)狀流中應用的(de)報道還較少。
　　對(duì)于渦街流量計(ji)在霧狀流中的(de)測量,一些研究(jiu)者已經做過🤩研(yán)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(jìn)行了實驗,實驗(yàn)結果表明液相(xiang)含量的增加會(huì)明顯地增加渦(wo)街流量計的測(cè)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(jin)行了研究以水(shui)蒸汽作爲實驗(yan)介質對渦街流(liu)量計進行了實(shí)驗研究，其中蒸(zheng)汽爲氣相.水爲(wei)液相。
　　從現有的(de)文獻來看，研究(jiu)渦街流量計測(cè)量霧狀流的文(wén)獻🤩不多🛀,并且多(duō)集中在研究不(bu)同工沉條件下(xia)渦街流量計測(cè)✉️量誤差上。本文(wen)在多相流裝置(zhi)上常✉️壓霧狀流(liú)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(jì)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(ce)量霧狀流時使(shǐ)用的均相流模(mo)型在渦街流量(liang)計測量中并不(bu)适用。通過數值(zhí)仿真方法研究(jiū)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(bú)适用的原因進(jin)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(qian)儲氣罐送入管(guǎn)道的氣體流量(liang)。蓄水罐距🔴離地(di)面30m提供實驗所(suǒ)💘需的液相,其流(liu)量由流量計2測(ce)得。氣相和液相(xiàng)經混和器混和(he)後送入實驗管(guǎn)段,最後流🏃🏻入分(fen)離罐🚶‍♀️将水和空(kong)氣進行分離,空(kong)氣由放氣閥排(pai)出，水由水泵送(sòng)回蓄水罐循環(huán)使用。。工控機對(duì)所有儀表數據(ju)進行采集和顯(xian)示并對兩個電(diàn)動調節閥進行(hang)控制,調節氣相(xiang)和液🍉相的流量(liang)
　　實驗所用的渦(wo)街流量計選擇(ze)了一台應用最(zui)多的壓🥰電式渦(wō)街流量計,其口(kou)徑爲50mm,在普通氣(qì)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(duan)長度分别爲30D和(he)20D。 壓力變送器 和(he) 溫度變送器 分(fen)别放在渦街流(liú)量計上遊1D和下(xia)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(zài)渦街流量計上(shang)遊🙇‍♀️30D的位置
2.2實驗(yan)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(pín)率對不同液相(xiang)含率下電✂️荷放(fang)🛀🏻大器産生的正(zheng)弦信号進行采(cǎi)樣,每次采樣10組(zǔ)數據,每組數據(jù)有104個采樣點,然(rán)後把得到的采(cǎi)樣點進行傅立(lì)葉變換,得到不(bu)同液相含率下(xia)☁️渦街産生的頻(pín)率.，不同液✂️相含(hán)率時渦街信号(hao)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(zai)對渦街流量計(ji)的測量誤差進(jin)行分析之前,首(shǒu)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(jie)流🧡量計的斯🛀特(tè)勞🐕哈爾數s爲0.291,那(nà)麽流過實驗管(guan)段中渦街流量(liang)計的流量可用(yong)式(1)計算得到。

　　式(shi)中:Qt一實驗段渦(wō)街流量計測得(dé)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(fā)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(yòng)式(2)來計算:

　　式中(zhōng):σ一渦街流量計(ji)的測量誤差，Qt一(yi)-圖1中流量計1測(ce)得的标♊準流量(liàng)值。
　　表2爲渦街流(liú)量計測量誤差(cha)的計算結果。從(cong)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(zēng)加而增加。當液(ye)相🌏含率從0僅增(zēng)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(xiàng)含🈲率從00106%增加到(dao).0.0922%時,誤差變化較(jiao)爲🌂平緩,液相含(hán)率增加了近10倍(bèi),測量誤差增加(jia)了6倍💛。

4均相流模(mo)型下的誤差分(fen)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(shù)值相同時的流(liu)動稱爲♊均相流(liu)動|4]。符合均相流(liu)流動條件的氣(qì)液兩相混合物(wu)可近似看成一(yī)種具有均⁉️勻混(hun)合密度B的“單相(xiang)流體”。一些研究(jiu)者[5~)将霧狀流視(shi)爲均相流流🔴動(dong)，并用均相流模(mó)型對孔🍉闆和文(wén)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(ben)文以均相流模(mó)型爲依據👌對渦(wo)街🤩流量計在霧(wù)狀流中的測量(liang)誤差進行了分(fèn)析。
　　渦街流量計(jì)測量單相流流(liú)量Q的模型爲:

　　将(jiāng)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(chuan)感器的均相流(liu)模型。

　　式中:x一幹(gàn)度,表示氣液兩(liǎng)相流中,氣相質(zhi)量流量占兩相(xiàng)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(jì)算流入實驗管(guǎn)段中的氣液混(hùn)合物的🙇‍♀️總🏃‍♀️體質(zhì)量流量。

　　式中:Wmc一(yi)流入實驗管段(duan)的氣液總質量(liang)流量;wc一圖1中标(biāo)準流量計1測得(de)的氣液混合前(qián)氣體質量流量(liàng);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(liu)量計測得的混(hùn)合流體的質量(liàng)流量Wmt通過式(6)計(jì)算得到因此最(zui)終實驗管段渦(wō).街流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量計💋的測(ce)量誤差用式(8)計(jì)算,δ爲相對誤差(cha),表示了實驗管(guǎn)段中渦街流量(liang)計測量得到的(de)氣液混合流體(ti)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(zhong)⭐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(yu)實際值之間依(yi)然存在有較大(da)的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻誤差,并且誤(wù)差會随着旋渦(wō)脫落頻率的增(zeng)加而增加。

5實驗(yàn)結果分析
　　渦量(liang)表示了速度場(chang)的旋轉程度,可(kě)以通過對旋渦(wo)發生體壁面渦(wō)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(qíng)🌈況。在前面對液(ye)相運動情況分(fen)析的基礎🈲上，對(dui)旋渦發生體上(shàng)旋渦形成的變(biàn)化進行了分析(xi)。通過數值模拟(ni)♍。觀察了當氣相(xiàng)中有離散液相(xiang)存在時旋渦發(fā)生體壁面上渦(wo)量的變化。數值(zhi)模拟在流體計(jì)算軟件FUENT上進行(háng),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(ye)相加入時渦街(jiē)壁面.上渦量🈲的(de)變化情況進行(háng)了記錄。圖4反映(yìng)的是當♈入口🛀🏻速(sù)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(dang)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(tóng)時刻的👉渦量變(biàn)化。未加入液相(xiang)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(ti)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(xing)成旋渦，随後旋(xuán)⭕渦逐漸變大,渦(wo)量比初始時相(xiàng)對減小,最後旋(xuan)渦從旋渦發生(sheng)體上脫落,旋渦(wō)發生體壁面.上(shang)的渦量變爲零(líng)。由圖4進行比較(jiao)可以明顯地看(kàn)出,在加入液相(xiàng)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(wo)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(dui)它們影響較小(xiao),而渦街流量計(ji)是利用檢測流(liú)體經過旋渦發(fa)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(shēng)體上的渦量🚶‍♀️分(fen)析表明,液相的(de)存在影響了旋(xuan)渦的形成，從而(ér)減弱了旋渦強(qiáng)度造成了測量(liàng)♊誤差的增加。
6結(jié)論
(1)通過在霧狀(zhuàng)流中的實驗表(biǎo)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(chang)壓下加入很少(shǎo)的液相時，渦街(jiē)流量計的誤差(cha)就會變化很大(dà)。
(2)在文丘裏和孔(kǒng)闆流量計中适(shì)用的均相流模(mo)型并不☎️适用于(yu)渦街流量計。從(cong)數值模拟的結(jié)果來看,由于離(li)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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