摘要(yào):霧狀流條件(jian)下,離散液相(xiàng)對渦街流量(liang)計 測量誤差(chà)的影響。對實(shi)驗結果的進(jìn)一步分析表(biao)明，均相流模(mo)型并不适合(he)于渦街流量(liang)計在霧狀流(liú)中☔的測量.實(shí)驗在多相流(liu)裝♌置上口徑(jing)爲50mm的水平管(guan)段⁉️上進行,在(zài)保.證🚩氣相流(liu)量不變的條(tiáo)件下，研究了(le)0~01%液相含率範(fàn)圍内渦街流(liu)量計的測量(liang)誤差,渦街産(chǎn)生的頻率值(zhi)是通過對模(mó)拟❓信号進行(háng)傅立葉變換(huàn)來獲取的.利(lì)用數值仿真(zhēn)的方法研究(jiu)了旋渦發生(sheng)體上渦量場(chang)的變化⛹🏻‍♀️,理論(lùn)上解釋了霧(wu)狀流中渦街(jiē)流量計測量(liang)誤差産生的(de)原因。
1引言
　　霧(wu)狀流是化工(gong)行業中常見(jiàn)的一種流型(xíng),表現爲氣相(xiàng)占♈絕大部分(fèn)爲連續相,液(yè)相占小部分(fèn)爲離散相。目(mu)前用到🔞霧狀(zhuang)流測量的流(liú)量儀表有孔(kong)闆文丘裏管(guǎn).内錐渦街以(yǐ)及渦輪流量(liàng)計其中孔闆(pǎn)和文丘裏管(guan)流量計🔞應用(yong)廣泛,對于其(qí)它幾種流量(liang)計在霧狀㊙️流(liú)中應用的報(bao)道還較少。
　　對(dui)于渦街流量(liàng)計在霧狀流(liu)中的測量,一(yī)些研究者已(yǐ)💔經做📱過研究(jiu)。在油田現場(chǎng)和實驗室的(de)霧狀流條💃件(jian)下對渦街流(liu)量計進行了(le)實驗,實驗結(jié)果表明液相(xiàng)含量的增加(jiā)會明顯✔️地增(zēng)加渦街流量(liàng)計的測量誤(wu)差油田❤️現場(chang)的高🔞壓條件(jian)下對渦街流(liu)🈚量計在霧狀(zhuang)流中的工作(zuò)情況進行了(le)研究以水蒸(zhēng)汽作爲實驗(yan)介質對渦🔞街(jiē)流量計進行(hang)了實驗研究(jiū)，其中蒸汽爲(wei)氣相.水🤩爲液(ye)相。
　　從現有的(de)文獻來看，研(yan)究渦街流量(liang)計測量霧狀(zhuàng)流的👈文☔獻⁉️不(bú)多,并且多集(jí)中在研究不(bu)同工沉條件(jian)下渦街流量(liàng)計測量誤🐅差(cha)上。本文在多(duo)相流裝置上(shang)常壓霧狀流(liu)條件🈲下進行(hang)了實驗,并從(cong)不同角度對(duì)實驗果進行(háng)處理，分析了(le)渦街流量計(jì)的測💃🏻量誤差(cha)。分析表明,在(zai) 孔闆流量計(ji) 和文丘裏管(guǎn)流量計測量(liàng)霧狀流時使(shǐ)用的均相流(liu)💞模型在渦街(jiē)流量計測量(liàng)中并不适用(yòng)。通過數值仿(páng)真方㊙️法研究(jiu)了霧狀流條(tiáo)件下旋渦發(fa)生體上渦量(liàng)場的變化,對(duì)測量誤差以(yi)及均相流不(bu)适用的原因(yīn)進行了探讨(tǎo)。
2實驗裝置及(jí)方法
2.1實驗裝(zhuāng)置(圖1)

　　空氣壓(yā)縮機将空氣(qì)壓縮後送入(ru)儲氣罐,流量(liàng)計1計⛱️量氣液(yè)混合前儲氣(qì)罐送入管道(dao)的氣體流量(liàng)。蓄水罐距離(li)地面30m提供實(shí)驗所需的液(ye)相,其流量由(yóu)流量計2測得(dé)❄️。氣相和液相(xiàng)經混和器混(hun)和後📞送入實(shi)驗管段,最後(hòu)流入分離罐(guan)👣将水和空氣(qi)進行分離,空(kōng)氣由放氣閥(fa)排出，水由水(shui)泵送回蓄水(shui)罐循環使用(yòng)。。工控機對所(suo)有儀表數據(ju)進行采集和(he)顯示并對兩(liǎng)個電動調節(jiē)閥進行控制(zhì),調節氣相和(he)液相的流量(liang)
　　實驗所用的(de)渦街流量計(jì)選擇了一台(tai)應用最多的(de)💚壓電式渦街(jie)流量計,其口(kou)徑爲50mm,在普通(tōng)氣體流量實(shi)驗裝置上測(ce)試,其精度爲(wèi)15%。将渦街流量(liàng)計放置在水(shui)📐平直管段上(shang),其上下遊直(zhí)管段👌長度分(fen)别爲30D和20D。 壓力(lì)變送器 和 溫(wēn)度變送器 分(fèn)别放在渦街(jie)流量計上遊(you)1D和下遊10D的位(wei)置水在渦街(jiē)流🏃🏻‍♂️量計上遊(yóu)70D的地方注入(ru),混和器安裝(zhuāng)在渦街流量(liàng)計上遊30D的位(wei)❤️置
2.2實驗方法(fa)
　　實驗的過程(cheng)中保持氣相(xiàng)流量爲141m3/h,對應(yīng)的流速爲20m/s,管(guan)道🧡中液相體(tǐ)積含率分别(bie)爲0.0106%、00213%、0.0355%、0.0496%、.0.0638%、0.0780%、00922%。以5000Hz的頻率(lü)對不同液相(xiàng)含率下電荷(hé)放大器産生(sheng)的正弦信号(hào)進行采樣,每(mei)次采樣10組數(shu)據,每組數據(ju)有104個采樣點(dian),然後把得到(dao)的采樣點進(jin)行傅立葉變(biàn)換,得📧到不同(tóng)液相含率下(xià)渦街産生的(de)🌂頻率.，不同液(yè)相含率時渦(wo)街信号的頻(pín)🚶‍♀️譜圖如圖2所(suǒ)🔴示。

3測量誤差(chà)分析
表1爲實(shí)驗的最終結(jié)果。

　　在對渦街(jiē)流量計的測(ce)量誤差進行(hang)分析之前,首(shǒu)先☁️在标準氣(qi)裝置上對其(qi)進行了标定(dìng),得到了實驗(yàn)所用渦♈街流(liu)量計的斯特(tè)勞哈爾數s爲(wei)0.291,那麽流過實(shi)驗管段中渦(wo)街流量計的(de)流量可用式(shi)(1)計算得到。

　　式(shì)中:Qt一實驗段(duàn)渦街流量計(jì)測得的流量(liang)值;?一頻譜分(fen)析後💞得到的(de)渦街脫落頻(pín)率;st一斯特勞(lao)哈爾數;d一✊旋(xuan)渦發生體截(jie)流面寬度;D一(yī)管道直徑.
　　對(dui)渦街流量計(ji)的測量誤差(cha)用式(2)來計算(suan):

　　式中:σ一渦街(jie)流量計的測(cè)量誤差，Qt一-圖(tú)1中流量計1測(cè)得的‼️标準⛹🏻‍♀️流(liú)量值。
　　表2爲渦(wō)街流量計測(cè)量誤差的計(jì)算結果。從表(biao)中可以看出(chū),渦街流量計(ji)的測量誤差(chà)随着液相含(hán)率.的增加而(er)增加。當液相(xiang)❄️含率🏒從0僅增(zēng)加到00106%時,渦街(jie)流量計測量(liang)誤差即🈲受到(dào)很大的影響(xiǎng),誤差增加了(le)近60倍。當液相(xiang)含⁉️率從00106%增加(jiā)到.0.0922%時,誤差變(bian)化較爲平緩(huǎn),液相含率增(zeng)加了近10倍,測(cè)量誤差增加(jiā)了6倍。

4均相流(liú)模型下的誤(wu)差分析
　　當氣(qì)液兩相流體(tǐ)的速度溫度(du)和化學勢的(de)平均值與每(měi)一👣相的💜速度(dù)溫度和化學(xué)勢的數值相(xiang)同時的流動(dong)🥵稱爲均相流(liú)動|4]。符合均相(xiang)流流動條件(jian)的氣液兩相(xiang)混合物可✌️近(jìn)似看成一種(zhǒng)具有均勻混(hùn)合密度B的“單(dan)相流體”。一些(xiē)研究者[5~)将霧(wù)狀流視爲均(jun1)相流流🤟動，并(bìng)用均相流模(mo)型對孔闆和(hé)文丘裏在霧(wù)狀流中的測(cè)量進行了研(yan)究,取得了較(jiào)好的結果。本(běn)文以均相流(liú)模型爲依據(jù)對渦街流量(liang)計在☔霧狀流(liú)中的測量誤(wu)差進行了分(fèn)析。
　　渦街流量(liàng)計測量單相(xiàng)流流量Q的模(mo)型爲:

　　将式(5)代(dai)入式(4)最後得(dé)到了霧狀流(liu)中質量流量(liàng)的計算公式(shi),式(6)即爲渦街(jie)流量傳感器(qi)的均相流模(mo)型。

　　式中:x一幹(gan)度,表示氣液(yè)兩相流中,氣(qi)相質量流量(liang)占兩❗相質量(liàng)🈲流量的份額(e);pg和P1一氣相和(hé)液相的密度(du)。
在實驗中由(you)式(7)計算流入(rù)實驗管段中(zhōng)的氣液混合(he)物🌈的😘總體質(zhi)量流量。

　　式中(zhong):Wmc一流入實驗(yàn)管段的氣液(yè)總質量流量(liang);wc一圖1中标準(zhǔn)流☂️量計1測得(de)的氣液混合(hé)前氣體質量(liàng)流量;Wr一-圖1中(zhōng)标準😍流量計(ji)2測💚得的氣液(yè)混合前水的(de)質量流量。
　　實(shí)驗管段中渦(wo)街流量計測(ce)得的混合流(liu)體的質量流(liú)量Wmt通過式(6)計(jì)算得到因此(cǐ)最終實驗管(guan)段渦.街流量(liàng)計的測量誤(wù)差用式(8)計算(suan),δ爲相對誤差(chà),表示了實驗(yan)管段中渦街(jiē)流量計測量(liang)得到的氣液(yè)混合流體的(de)質量流量與(yu)真實值之間(jian)的相對誤差(cha)。

　　圖3爲最後得(dé)到的渦街流(liu)量計的測量(liang)誤差,從圖中(zhōng)可💃🏻以看到，将(jiang)霧狀流看作(zuo)均相流後，,渦(wō)街流量計測(ce)🐪量得到的質(zhì)量流量值與(yǔ)實際值之間(jiān)依然存在有(yǒu)較大的誤差(chà),并⭐且誤差🈲會(huì)随着旋渦脫(tuō)落頻率的增(zeng)🥰加而增加。

5實(shi)驗結果分析(xī)
　　渦量表示了(le)速度場的旋(xuan)轉程度,可以(yi)通過對旋渦(wo)發生體壁面(mian)渦量場的測(ce)量來判斷旋(xuan)渦結構的強(qiang)度以及邊界(jie)層的卷曲情(qing)況。在前面對(dui)液相運動情(qíng)況分析⭐的基(ji)礎上，對旋渦(wo)發生🏃‍♀️體上旋(xuan)渦形成的變(biàn)化進行了分(fèn)析。通過數值(zhí)模拟。觀察了(le)當氣相中有(you)離散液相存(cun)在時旋渦發(fa)生體壁面上(shàng)渦量的變化(hua)。數值模拟在(zài)流體計算軟(ruan)件FUENT上進行,采(cǎi)用離散相模(mo)⚽型進行計♻️算(suàn)。
　　首先對渦街(jie)流量傳感器(qì)沒有液相加(jia)入時渦街壁(bì)面.上渦量的(de)變化情況進(jin)行了記錄。圖(tú)4反映的是當(dāng)入口速度爲(wèi)20m/s時,一個周期(qi)内不同時刻(kè)旋渦發生體(tǐ)🧡壁面，上🔴渦量(liàng)的變化情✌️況(kuang),以及當氣體(tǐ)中注入液體(tǐ)🏃‍♀️含率爲0.1%時旋(xuán)渦發生體上(shàng)一個周期内(nei)不同時刻的(de)✔️渦量變化。未(wei)加入液相時(shi)可以看到旋(xuan)渦在旋渦發(fa)生體上從産(chan)生🏒到逐漸長(zhǎng)大最後從旋(xuán)渦發生體上(shang)脫落的整個(gè)過程,在開始(shǐ)時刻邊界層(ceng)在旋渦發生(shēng)🏃🏻‍♂️體的銳邊開(kai)始卷積🧑🏽‍🤝‍🧑🏻形成(cheng)旋渦，随後旋(xuán)渦逐漸變大(da),渦量比初始(shi)時相對減小(xiao),最後旋渦從(cong)旋渦發✨生體(ti)上脫落,旋渦(wo)發生體壁面(miàn).上的渦量變(biàn)爲零。由圖4進(jìn)行比較可以(yi)明顯地看出(chū),在加入液相(xiang)以後液相的(de)💃存在影響了(le)氣體邊界層(céng)💜在壁面🐇上的(de)卷積,旋渦發(fa)生體上的🤩渦(wo)量明顯減小(xiǎo)。

　　孔闆和文丘(qiu)裏管流量計(ji)是利用差壓(ya)原理來進行(hang)流量測量💔的(de)，液相的存在(zài)對它們影響(xiang)較小,而渦街(jiē)流量‼️計是利(li)用檢測流體(tǐ)💔經過旋渦發(fa)生體後産生(sheng)的旋渦頻率(lǜ)來測量流體(tǐ)流量的。由對(dui)旋渦發生體(ti)上的渦量分(fen)析表明,液相(xiàng)的存在影響(xiang)了旋渦的形(xíng)成，從而減弱(ruo)了旋渦強度(du)造成了測量(liang)誤差的增加(jiā)。
6結論
(1)通過在(zai)霧狀流中的(de)實驗表明,離(li)散液相的存(cun)在對渦街流(liu)量💘計📞測量誤(wu)差影響明顯(xiǎn)，在常壓下加(jiā)入很😘少的液(yè)相時，渦街流(liu)量計的誤差(cha)就會變化很(hěn)大。
(2)在文丘裏(lǐ)和孔闆流量(liàng)計中适用的(de)均相流模型(xing)并🐪不㊙️适🐇用于(yu)渦街流量計(jì)。從數值模拟(nǐ)的結果來看(kan),由于離散液(ye)相的存在破(pò)壞旋渦發生(shēng)體上旋渦的(de)形成,從而導(dǎo)緻了渦街流(liu)量計測量誤(wù)差的增加。

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