1前言
　　濕氣是由(yóu)氣體與液體混合(hé)而成的--種兩相流(liu)，其中液相體積占(zhan)一-小部分爲離散(sàn)相，氣相體積占到(dao)絕大部分爲連續(xu)相。在❗石油和天然(rán)氣工業中,經常會(hui)有濕氣産生。石油(yóu)工業要求濕氣的(de)測🐉量正确可靠♋。濕(shi)氣計量的最終目(mù)的是實現濕氣測(ce)量儀表或系統能(neng)夠實時🌂檢測出濕(shi)氣中液相和氣相(xiang)的含量。
　　目前濕氣(qi)測量的常用方法(fǎ)是将幾種測量幹(gan)氣的标準🈚儀表進(jin)行組合對濕氣進(jìn)行測量,或直接用(yòng)測量幹✌️氣的儀表(biǎo)對濕氣進行測量(liàng)，并對測量結果進(jìn)🔴行修正,其中修正(zheng)值是通過實驗來(lái)确定的。多種儀表(biǎo)者被推薦用于濕(shi)🏒氣的測量,目前用(yong)到的流量計有孔(kǒng)闆、文丘裏管、渦輪(lun)、渦街和 内錐式流(liú)量計 。在這些流量(liàng)計中,孔闆和文丘(qiu)裏管應用廣泛，并(bing)已經用于濕氣的(de)計量,而對于其它(tā)幾種流量計在濕(shī)氣中應用的報📱道(dào)還較少。
　　渦街流量(liàng)計 是--種速度式流(liu)量計,利用旋渦脫(tuō)落原理制成。其具(ju)體🔞檢🥵測♉方法是:在(zài)流體中放置一個(ge)旋渦發生體,流🔆體(tǐ)流🔞過旋渦發生體(ti)💯時會在其兩側産(chan)生旋渦,旋渦産生(shēng)的頻率與流體的(de)流速成👄正比，通過(guò)檢測旋渦産生的(de)頻💔率來達到檢測(ce)流體流速的目的(de)。渦街流💃🏻量計的測(cè)量精度--般能達到(dào)1.5%,量程比爲📧10: 1。
　　渦街流(liu)量計已經用于濕(shi)氣的測量。一款測(ce)量濕氣的儀表,由(yóu)兩台文丘裏管與(yu)一台渦街流量計(jì)組合來測量濕氣(qì)。目❓前提🛀供渦街流(liu)量計在濕氣條件(jiàn)下實驗數💃據的文(wén)🌈獻還較少，因此需(xu)要更多的實驗數(shu)㊙️據對渦街🥵流量計(jì)在濕氣條件下的(de)工作情況作深入(ru)分析。
濕氣中液相(xiang)的存在會加大渦(wō)街流量傳感器的(de)測量誤差🌍。目前所(suo)查到的文獻主要(yào)集中在對測量誤(wù)差的研究上,研㊙️究(jiu)者記錄了不同工(gong)況條件下不同液(ye)相含率造成渦街(jiē)流量傳感器測量(liàng)誤差範圍,以便對(duì)渦街流量計在濕(shi)氣條件下的測量(liàng)值進行修正。在油(you)田現場和實驗室(shi)的濕氣條件下對(dui)渦街流量計進行(háng)了✊實驗,實驗結果(guǒ)表⚽明液相含量的(de)增加會明顯增㊙️加(jia)渦街流量計的測(ce)量誤差I2);W ashingon( 1991 )在油田現(xiàn)場的高壓條件 下(xia)對渦街流量計在(zài)濕氣中的工作情(qing)況進行了研 究以(yi)水蒸🐕汽作爲⛷️實驗(yan)介質對渦街流量(liang)計進行了實驗研(yán)究,其中蒸汽爲氣(qì)相，水爲液相4;NEL實驗(yan)室在不同的壓力(lì)下對渦街流量計(jì)測量濕氣的誤差(cha)進行了研究。
　　從已(yi)有的文獻看，以往(wang)的研究工作主要(yào)集中在觀測不同(tóng)工況下渦街流量(liang)計測量濕氣時測(ce)量誤差的變化情(qíng)況。本文通過實驗(yan)确定了在常壓條(tiao)件下⭐,不同液相含(hán)率時渦街流量計(ji)對濕氣⚽的測量誤(wù)差,并經出了渦街(jiē)信号品質随液🧑🏾‍🤝‍🧑🏼相(xiàng)含率的變化趨勢(shì)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,最後讨論了造成(chéng)渦街流量傳感器(qì)在濕氣測量中誤(wu)差增大和信号變(biàn)壞的原因。
2.實驗裝(zhuang)置及方法低，
21實驗(yan)裝置
　　實驗介質由(yóu)已測定流量的空(kong)氣和水組成,其中(zhong)空氣☁️爲🎯氣💞相,水爲(wei)液相,分别送入管(guan)道混合成濕氣送(song)入實驗管段。實驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shi)驗裝置由空氣🚶壓(ya)縮機、儲氣罐、蓄水(shui)罐、分離罐流量計(jì)、 壓力變送器 、 溫度(dù)變送器 、工控機和(hé)各種閥門組成。
 
　　空(kōng)氣壓縮機将空氣(qì)壓縮後送入儲氣(qi)罐,流量計1測量🔞氣(qì)液♌混合前儲氣罐(guan)送入管道的氣體(tǐ)流量。蓄水罐距離(li)地面30m,提供實驗所(suǒ)需的液相,其流量(liàng)由流量計2測得👨‍❤️‍👨。氣(qi)相和液相經混合(hé)器混合後送入實(shi)驗管段,最後流入(ru)分離罐🧑🏾‍🤝‍🧑🏼将水和空(kōng)氣進行分離,空氣(qì)由⛷️放氣閥排出，水(shui)由水泵送✉️回蓄水(shui)罐循環使用。工控(kong)💃🏻機對所有儀表數(shù)據進行采集和顯(xian)示并對兩個電動(dong)調節閥💔進行控制(zhi),調節氣相和液相(xiàng)的流量。實驗所用(yòng)的渦街流量傳感(gǎn)器 選擇了一台應(ying)用最多的壓電式(shì)渦街流量傳感器(qi),其口徑爲50 mm,在普通(tōng)氣體流量實驗裝(zhuang)置.上測試,其精度(dù)爲1. 5%。将渦街傳🌐感器(qì)🐕放置在水平直管(guan)段上，其上、下遊直(zhi)管段長度分别爲(wei)30D (管道直🤞徑)和20D。 壓力(lì)變送器和🔞溫度變(biàn)送器分别放在渦(wō)街流量傳感器上(shàng)遊1D和下☎️遊10D的位置(zhì)。水🙇‍♀️在渦街流量傳(chuan)感器.上遊70D 處注入(rù),混合器安裝在渦(wo)街流量計.上遊30D 的(de)位置。
22實驗方法.
　　實(shí)驗過程中保持氣(qi)相流量爲141 m³/h,對應的(de)流速爲20 m/s, 管道中液(yè)相體積💰含率分别(bie)爲:0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以5000 Hz的頻率對不(bú)同液相含率下電(diàn)荷放大器産生的(de)正弦信号進🔞行采(cai)樣，,每次采樣10組數(shu)據，每組數據有104個(ge)采🐉樣點,将得到的(de)采樣點進行傅裏(lǐ)葉變換得到不同(tóng)液相含率下渦街(jie)産生的頻譜,如圖(tu)2所示.
 
3液相含率對(duì)測量誤差的影響(xiang)
31測量誤差分析
　　爲(wei)了對渦街流量計(ji)的測量誤差進行(háng)分析,首先在标♈準(zhǔn)🏃‍♂️氣😍裝置上進行标(biāo)定,得到了其斯特(tè)勞哈爾數爲0. 291 ,那麽(me)流過它的流量值(zhí)可用下式計算、
 
　　其(qi)中，Qt爲實驗段渦街(jie)流量計測得的流(liu)量值;爲渦街脫❓落(luo)頻率; Sr爲斯特勞哈(hā)爾數; d爲旋渦發生(shēng)體截流面⛱️寬度; D爲(wèi)管道直徑。
　　渦街流(liu)量計測量誤差可(kě)由”下式計算:
 
　　其中(zhōng):y爲測量誤差;Qc.爲流(liú)量計1見圖1)測得的(de).标準流量值。
　　表1爲(wei)當注入不同的液(ye)相流量時，渦街流(liu)量計的測量誤差(cha)。Qj,表💃示注入的液體(tǐ)流量，P、爲液相含率(lǜ)，E,爲測量誤差。從表(biǎo)中可以很明顯地(di)看出,液相流量的(de)增加,使渦街流量(liang)讓的測量誤差增(zeng)㊙️加。
 
　　爲了更好地比(bi)較不同工況下渦(wo)街流量傳感器測(ce)量誤差的變化，表(biǎo)2列出了不同研究(jiū)者的研究結果其(qí)中Test爲本次實驗結(jie)果。雖然不同研究(jiū)者的實驗條件相(xiàng)差較大,但通過表(biao)2仍可以總結出以(yi)下幾條規🌍律:液相(xiàng)含率越大渦街測(ce)量誤差越大;管道(dao)内壓力👄對測量結(jié)果影響比較大,壓(ya)力越大其測量誤(wu)差越小;實驗介質(zhi)對測量誤差有影(yǐng)響。
 
3. 2斯特勞哈爾數(shu)的變化
　　誤差産生(shēng)的原因是液相的(de)加入使渦街流量(liang)計的斯特勞哈爾(ěr)數Srav不再是-T個常數(shù)，而是随着液相的(de)增加而變化。将實(shí)驗中不同液相含(hán)率下得到的Srav進行(hang)了多項式拟合,拟(ni)合曲⭕線如圖3所示(shi),最大拟和誤差爲(wei)0. 858%。其中Srav爲10 次測量得(dé)到Si的算術🈲平均值(zhi)，sr的🈲計算如式(3):
Sr=f.d/v???????????(3)
　　其中(zhong),f渦街脫落頻率;d旋(xuan)渦發生體截流面(miàn)寬度;v爲平均流速(su)。
 
4渦街信号品質分(fen)析
4.1渦街信号的不(bú)确定度
　　采用式(5)對(dui)渦街頻率信号的(de)不确定度進行分(fen)析。
 
　　式中，f爲10次測量(liang)結果的平均值,N爲(wèi)測量次數,σ爲不确(què)定度,σ0爲相對✨不确(que)定度。在每個液相(xiang)含率下測量10次。
　　實(shi)驗結果如圖4所示(shì)。結果表明,液相的(de)增加會影響⛹🏻‍♀️渦街(jiē)脫落頻🚩率的不确(què)定度，從圖4可以看(kàn)出随着液相含率(lü)不斷的👄增加,渦街(jie)脫落頻率的不确(què)定度也随之變差(chà)。當測量幹氣的時(shi)候,渦街流量傳感(gǎn)器的不确定度爲(wei)0. 031%, 當液相含率達到(dao)♉01092 2%時不确定❌度已經(jīng)達到1. 58% ,增長了将近(jìn)51倍,可見液相的存(cún)在使渦街流量傳(chuan)💞感器測量信号的(de)不确定度增大,因(yīn)此對渦街流量傳(chuan)感器進行誤差✨修(xiū)正時必須考慮液(yè)相對測量不确㊙️定(ding)度的影響。
 
4.2渦街信(xin)号質量分析
　　用一(yī)個參數Sq來描述渦(wo)街頻率信号的品(pǐn)質。
Sq定義如下:
 
　　式中(zhōng): Ps爲渦街頻率帶0. 96 f到(dào)1. 04 f範圍内的能量,其(qi)中信号能量通過(guò)譜分析獲得。R爲總(zǒng)能量減去Ps後的能(neng)量。如果Sq爲正，則渦(wō)街頻😘率帶👣的能量(liàng)大于其它頻帶的(de)能量。在M iau's l和Pankan in'的文章(zhang)中對Sq的定義有詳(xiáng)細說明。實驗中利(li)用這種方法👈得到(dao)了渦街頻率信号(hào)品質随液相含率(lü)🏃‍♂️變化的情況,如圖(tú)5所示。Sq總的變化趨(qu)勢是随着液相含(han)率的增加而迅速(su)減小,在液相含率(lü)大于0106%後s由正變負(fu),渦街頻率帶的能(néng)量開始小于其它(tā)頻率帶的能量,信(xìn)号品質将變得很(hěn)差。
 
5實驗分析
　　從實(shí)驗結果來看，少量(liang)的液相不但會使(shi)測量誤差變大,而(er)且還會使渦街信(xin)号的品質變差。對(dui)于這種現象🚩可以(yi)♻️從液滴對氣相的(de)湍流調制的角度(du)來解✉️釋。圖6反映了(le)當🐅氣相流🍓過液滴(dī)時的情況,可以看(kàn)出氣相流過液滴(di)時會❌在液滴的後(hòu)面産生尾流并且(qiě)✊在尾流中産生速(su)度梯度🈚。，尾流及其(qí)引㊙️起的速度梯度(dù)會使流體♻️中🌈擾動(dòng)變大,進而影響到(dào)渦街的産生, 通過(guò)實驗證明擾動的(de)增加更有利于渦(wo)街的脫落,這樣就(jiu)增大了測量誤差(cha)。管道内壓力增加(jiā)會抑制湍流度增(zēng)加,因此提高📞管道(dao)内壓力會降低測(cè)量誤差。渦街脫落(luò)時會帶動液滴--起(qi)旋轉,這樣就會減(jian)弱旋渦的強度,使(shǐ)渦街信号🌈變弱。

 
6結(jié)論
　　渦街流量計雖(sui)然已經在單相流(liú)測量中得到了廣(guǎng)泛的應用,但在濕(shi)氣條件下應用時(shí)會出現許多新⛱️的(de)問題。通過以上的(de)實驗研究表明,濕(shi)氣條件下,液柞含(han)率🥰的增加不隻是(shì)影響渦💯街脫落頻(pin)率從而使❌測量精(jīng)度下降,而且🎯對于(yu)渦街頻率信号😄的(de)品質也📧會有直按(àn)影響,這種影響随(suí)着液相含率的增(zēng)加而增加。

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