摘要：蒸汽流量量(liang)值體系的溯源是(shì)保證蒸汽流量🏃‍♀️測(cè)量準确的關鍵。基(ji)于流體力學、熱力(lì)學以及渦街流量(liàng)🔞計旋渦的産生機(jī)理，分析不同介質(zhì)對渦街流量計的(de)計量特🈲性的影響(xiang)，介質粘度的不同(tong)導緻了🌈三種介質(zhi)測試下雷諾數的(de)不同，影響到斯特(tè)勞哈數差異。但對(duì)渦街流量計的儀(yi)表系數影響不大(da)，可忽略其影響。介(jiè)質粘度的不同會(huì)導緻流量範🐉圍的(de)不同。該分析将有(yǒu)利于提高渦街流(liú)量計測量蒸汽流(liú)量的計量精度。
1 蒸(zheng)汽介質的影響因(yin)素
　　所謂渦街流量(liàng)計(亦稱旋渦流量(liang)計)，其工作機理是(shi)“卡門渦街”，是一類(lei)流體振蕩式的測(ce)量儀器。“卡門渦街(jiē)”的📱原理是：待測管(guǎn)道流體中放進一(yi)根(或數根)非流線(xian)型截面的旋渦發(fa)生體，等到雷諾數(shu)到達特定數值，在(zai)旋渦發生體兩側(cè)分離出兩串交🍉錯(cuò)有序的✉️旋渦，此過(guo)程具有交替性，我(wo)們将這種旋渦叫(jiào)作卡🍉門渦街[3]。在特(tè)定🔞雷諾數範圍之(zhi)間，旋渦的分離頻(pin)率同旋渦發生體(tǐ)與管道的🏃‍♂️幾何尺(chǐ)寸息息相關。數據(ju)表明，旋渦的分離(lí)頻率同流量存在(zài)正相關性，此頻率(lǜ)可通過傳感器獲(huò)得。以上渦街流量(liàng)計與卡門渦⛹🏻‍♀️街的(de)關系可從圖1看出(chu)，二者有如下邏輯(jí)關系：

式中：
f 爲旋渦(wō)分離頻率，Hz ；
Sr爲斯特(te)勞哈爾數；
U1爲旋渦(wo)發生體兩側的平(ping)均流速，m/s ；
d爲旋渦發(fa)生體迎流面的寬(kuān)度，m；
U爲被測介質來(lái)流的平均流速，m/s ；
m爲(wèi)旋渦發生體兩側(cè)弓形面積與管道(dao)橫截面面積之㊙️比(bǐ)。不可壓縮流體中(zhōng)，由于流體密度?不(bú)變，由連續性方程(cheng)可得到：m=U/U1 。

式(shì)中：
K爲渦街流量計(jì)的儀表系數，1 /m3。
　　通過(guo)式（3）不難看出，儀表(biǎo)系數K是渦街流量(liàng)計的計量特性的(de)定📱量表征，數據表(biao)明，其儀表系數隻(zhi)和其機械結構與(yu)斯特勞哈爾數有(yǒu)關，同來流流量并(bing)無相關性。
蒸汽對(duì)渦街流量計計量(liang)特性存在較大影(yǐng)響。可總結爲🆚三個(gè)方面：
第一，從公式(shì)（3）中能夠得出，機械(xiè)結構尺寸D、m、d 以及斯(sī)特勞哈♉爾數🔆Sr這些(xie)參數與K值大小存(cún)在較大關聯性。基(ji)于物理原🥵理研究(jiu)發㊙️現，在流體介質(zhì)條件存在差異情(qing)況下✏️，機械結構尺(chi)寸的改變一般是(shi)與溫度的改變引(yin)發的熱脹冷縮效(xiao)應息息相關。
第二(er)，雷諾數對斯特勞(láo)哈爾數Sr産生較大(da)影響，前者又與粘(zhan)🆚度密切相關，而粘(zhan)度的差異性又取(qu)決于流🆚體的🔞差異(yì)，既而引發斯特勞(láo)哈爾數Sr的區别。
第(dì)三，公式（3）的推導過(guò)程是以不可壓縮(suo)流體爲前提💔的，當(dāng)換作🧡氣體介質時(shí)，由于可壓縮性的(de)區别或許👣會引發(fā)儀表系數産生誤(wu)差。以上三個因素(sù)對于渦街流量計(jì)的影響将在下一(yī)節進一步⛹🏻‍♀️探讨。
2 蒸(zheng)汽介質斯特勞哈(hā)爾數的影響
　　嚴格(gé)而言，斯特勞哈爾(er)數是一種相似準(zhun)則，是在讨論流🧡體(tǐ)力學🐇中物理相似(sì)和模化是引入的(de)概念[4]。其是用來表(biao)征旋渦頻率和阻(zǔ)流體特征尺寸、流(liú)速關⭐系的。在特定(ding)雷諾數區間中，旋(xuán)✊渦的分離頻率和(he)旋渦發生體與管(guǎn)道的幾何尺寸🐕密(mi)切相關☀️，換言之斯(sī)特勞哈數可視爲(wèi)定量。由圖2可看出(chu)，在Re D=2×104 7×106區間内，斯特勞(láo)哈數是定值，此也(ye)是儀表的正常工(gong)作區間。
　　現實情形(xíng)下，Sr即便在Re D=2×104 7×106區間内(nei)，也與Re D的改變發生(sheng)變化⛷️，參照1989年日本(běn)制訂的渦街流量(liàng)計工業标準JISZ8766《渦街(jie)流🏃量計——流量🍓測量(liang)🐆方法》。2002年加以修訂(dìng)，把渦街流量計發(fā)生體的固定形🈲式(shi)歸爲🏃‍♀️兩種，《标準》規(guī)定的旋渦設計，發(fa)生體依據插入測(ce)量管頂端固定與(yǔ)否💘區别爲标準1型(xíng)與标準2型，它們的(de)Sr值存在較小區别(bie)，詳見表1數據。


　　标準(zhǔn)2型Sr的平均值是0.25033，它(ta)的标準偏差是0.12%；而(er)标準1型爲0.3%，現階段(duàn)我國🚩一般廣泛采(cai)用标準1型。而标準(zhun)2型在日本橫河儀(yi)表研制的渦街流(liu)量計普遍采用。
　　通(tong)過雷諾數的推導(dao)公式不難得出，檢(jiǎn)測時，蒸汽和空氣(qi)💃🏻因爲粘度的區别(bie)，會引發雷諾數存(cun)在差異。參㊙️照一般(bān)實驗情況下♈三類(lèi)流體介質的工況(kuang)差異，它們的運🆚動(dòng)粘度詳見表2：

式中(zhong)：
ρ表征介質密度；
D 表(biao)征管徑；
u 表征流速(sù)；η表征介質動力粘(zhān)度；
v 表征介質運動(dong)粘度。

　　通過以上各(ge)參數數據不難發(fa)現，水的運動粘度(dù)最💋低，空氣最高，蒸(zhēng)汽介于二者之間(jian)。三者比例是1：15：4。所以(yi)若使雷諾數一🔴緻(zhì)，應使水的流速最(zui)小，空氣最大，蒸汽(qì)在區💃間取值。在對(duì)儀表的系☀️數進行(hang)檢定過程中🐅，通常(cháng)應考✂️慮雷諾數一(yi)緻時，真實測量過(guo)㊙️程中的差異性誤(wù)差。尤其在蒸汽的(de)測量時，儀表量程(chéng)的選型🎯是參照在(zài)空氣介質下測量(liàng)獲得的體積流量(liang)區間與蒸汽的密(mi)度乘積，推導出蒸(zhēng)汽的體積流量區(qū)間。這種算法會引(yin)發差異性介質下(xià)雷諾數的區間差(chà)異。細緻分析上表(biao)可得出，隻要🆚雷諾(nuò)數在既定範圍🧡内(nei)，檢定過程中并不(bú)會由于介質的不(bu)同造成較大的誤(wu)差，這個影響可不(bú)考慮。但雷諾數不(bú)可超出規定區🌈間(jiān)，否則會引發Sr的較(jiao)⁉️大差異，造成誤差(cha)。
　　通過表3不難發現(xiàn)，要得出渦街流量(liang)計基于最低流⛹🏻‍♀️量(liang)的限雷諾數，口徑(jing)一緻情況下三類(lèi)介質的最小流速(su)應滿足1.0：4.0：15.0的大緻比(bǐ)例。所以不可以将(jiang)空氣介質🧑🏾‍🤝‍🧑🏼下的體(ti)積流量區間等同(tong)于蒸汽介質下的(de)數值。
3 蒸汽介質物(wu)理特性影響分析(xī)
　　物理學家範德瓦(wǎ)爾斯特實驗室中(zhong)，發現了水蒸氣的(de)物理性質，得出氣(qi)體分子間有着一(yi)定作用力，繼而推(tui)導出氣體🈲的狀👈态(tai)方程以輔助理論(lun)驗證，這就是著名(ming)的範德瓦爾斯♉特(tè)氣體🐕狀态方程[5]。進(jìn)一步研究發現，水(shuǐ)蒸汽的分子的體(tǐ)積和相互的作用(yong)力比較大，無法以(yi)理想的氣體狀态(tai)方程加以表征。參(can)照範德瓦爾斯特(te)公式（5）的計算過程(chéng)：

式中：?
p爲壓強；
V爲1摩(mo)爾氣體的體積；
R爲(wei)普适氣體常數；
a爲(wèi)度量分子間引力(li)的參數；
b爲1摩爾分(fen)子本身包含的體(ti)積之和。
　　以上公式(shì)（5）中因子a和b的值因(yin)氣體的性質不同(tóng)而存在差異✌️，一般(bān)地，氣體的分子間(jiān)引力參數a與b分子(zi)體積 表述如表3所(suǒ)示。

　　氣體分子間的(de)吸引力與間距存(cun)在負相關性，也就(jiu)是密度的⭐概念。把(bǎ)此理論使用在渦(wo)街流量計的測量(liàng)過程中，通過表中(zhōng)👌的數據不難發現(xiàn)，水蒸汽分子間的(de)吸引力a的數值較(jiào)大，相當👌于氧氣與(yǔ)氮氣的4倍多。所以(yi)，在測量實際氣體(ti)時，基于同等壓力(lì)條件，水的分子間(jiān)的吸引力的數☔值(zhí)較蒸汽與空氣大(dà)得多✊，而蒸汽又顯(xian)著大于空氣。用渦(wo)街流量計進行測(cè)量時，發生體🤟兩側(cè)的位置因爲流速(su)加大，引起靜壓力(li)🈚減小，體積擴張，流(liu)體💯密度随之減小(xiǎo)，而水介質由于分(fen)子間作用力大，并(bing)無明顯膨脹情況(kuàng)。蒸汽的🔞分子間的(de)吸引力比空氣大(dà)，所以前者膨脹性(xing)更低，密度☎️變化也(ye)更小❗。參考流量的(de)✍️連㊙️續性方程得出(chu)，因爲空👣氣密度變(biàn)化更大，所以它的(de)發生體兩側的流(liu)量變化較蒸汽🈲介(jie)質更大，所以它的(de)儀表系數🏃‍♀️比蒸汽(qi)介質變化更顯著(zhe)。

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