1前(qian)言
　　濕(shi)氣是(shi)由氣(qi)體與(yu)液體(ti)混合(he)而成(cheng)的--種(zhong)兩相(xiang)流，其(qi)中液(ye)相體(ti)積占(zhan)☎️一-小(xiao)部分(fen)爲離(li)散相(xiang)，氣相(xiang)體積(ji)占到(dao)絕大(da)部分(fen)爲🔱連(lian)續相(xiang)。在㊙️石(shi)油和(he)天然(ran)氣工(gong)業中(zhong),經常(chang)會有(you)濕氣(qi)産生(sheng)。石油(you)工業(ye)要求(qiu)濕氣(qi)的測(ce)量正(zheng)确可(ke)靠♉。濕(shi)氣計(ji)量的(de)最終(zhong)目的(de)是實(shi)現濕(shi)氣測(ce)量📧儀(yi)表或(huo)系統(tong)能夠(gou)實時(shi)檢測(ce)出濕(shi)氣☀️中(zhong)液相(xiang)和氣(qi)相的(de)含量(liang)。
　　目前(qian)濕氣(qi)測量(liang)的常(chang)用方(fang)法是(shi)将幾(ji)種測(ce)量幹(gan)氣的(de)标準(zhun)儀表(biao)進行(hang)組合(he)對濕(shi)氣進(jin)行測(ce)量,或(huo)直接(jie)用測(ce)量幹(gan)氣的(de)儀表(biao)對濕(shi)氣進(jin)行測(ce)量，并(bing)對測(ce)量結(jie)果進(jin)行修(xiu)正,其(qi)中修(xiu)正值(zhi)是通(tong)過實(shi)驗來(lai)确定(ding)的。多(duo)種儀(yi)表者(zhe)被推(tui)薦用(yong)于濕(shi)氣的(de)測量(liang),目前(qian)用到(dao)⁉️的流(liu)量計(ji)有孔(kong)闆、文(wen)丘♍裏(li)管、渦(wo)輪、渦(wo)街和(he) 内錐(zhui)式流(liu)量計(ji) 。在這(zhe)些流(liu)量計(ji)中,孔(kong)闆和(he)文丘(qiu)裏管(guan)應用(yong)廣泛(fan)，并已(yi)經用(yong)于濕(shi)氣的(de)計量(liang),而對(dui)于其(qi)它幾(ji)種流(liu)量計(ji)在濕(shi)氣中(zhong)應用(yong)的報(bao)道還(hai)❌較少(shao)。
　　渦街(jie)流量(liang)計 是(shi)--種速(su)度式(shi)流量(liang)計,利(li)用旋(xuan)渦脫(tuo)落原(yuan)理制(zhi)成。其(qi)具體(ti)檢測(ce)方法(fa)是:在(zai)流體(ti)中放(fang)置一(yi)個旋(xuan)渦發(fa)生體(ti),流體(ti)流過(guo)旋渦(wo)發生(sheng)體時(shi)會在(zai)其兩(liang)側産(chan)生旋(xuan)渦,旋(xuan)渦産(chan)生的(de)頻率(lü)與☀️流(liu)體的(de)流速(su)成正(zheng)比，通(tong)過檢(jian)測旋(xuan)渦✂️産(chan)生的(de)頻率(lü)來達(da)到檢(jian)測流(liu)體流(liu)速的(de)目的(de)。渦街(jie)流㊙️量(liang)計的(de)測量(liang)🥵精度(du)--般能(neng)達到(dao)1.5%,量程(cheng)比爲(wei)10: 1。
　　渦街(jie)流量(liang)計已(yi)經用(yong)于濕(shi)氣的(de)測量(liang)。一款(kuan)測量(liang)濕氣(qi)的儀(yi)表,由(you)兩台(tai)文丘(qiu)裏管(guan)與一(yi)台渦(wo)街流(liu)量計(ji)組合(he)來測(ce)量濕(shi)氣。目(mu)前提(ti)供渦(wo)街流(liu)量計(ji)在濕(shi)氣條(tiao)件下(xia)🥵實驗(yan)數據(ju)的文(wen)獻還(hai)較少(shao)，因此(ci)需要(yao)更多(duo)的實(shi)驗數(shu)🐇據對(dui)渦街(jie)流量(liang)計在(zai)濕氣(qi)條件(jian)下的(de)工作(zuo)⛱️情況(kuang)作深(shen)入分(fen)析。
濕(shi)氣中(zhong)液相(xiang)的存(cun)在會(hui)加大(da)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器的(de)測量(liang)誤差(cha)。目前(qian)所查(cha)到的(de)文獻(xian)主要(yao)集中(zhong)在對(dui)測量(liang)誤差(cha)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼研(yan)究🏃‍♀️上(shang),研究(jiu)者🏃🏻記(ji)錄了(le)不同(tong)工況(kuang)條件(jian)下不(bu)同液(ye)相含(han)率造(zao)成渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)測量(liang)誤差(cha)範圍(wei),以便(bian)對渦(wo)街流(liu)量計(ji)在濕(shi)氣條(tiao)件下(xia)的測(ce)量值(zhi)進行(hang)修正(zheng)。在油(you)田現(xian)👉場和(he)實驗(yan)室的(de)濕氣(qi)條件(jian)下對(dui)渦街(jie)流量(liang)計進(jin)行了(le)🤩實驗(yan),實驗(yan)結果(guo)表明(ming)液相(xiang)含量(liang)的增(zeng)加會(hui)明顯(xian)增加(jia)渦街(jie)流量(liang)計的(de)測量(liang)誤差(cha)I2);W ashingon( 1991 )在油(you)田現(xian)場的(de)高壓(ya)條件(jian) 下對(dui)渦街(jie)流量(liang)計在(zai)濕氣(qi)中的(de)工作(zuo)情🆚況(kuang)進行(hang)了研(yan) 究以(yi)水蒸(zheng)汽作(zuo)爲實(shi)驗介(jie)質對(dui)渦街(jie)流量(liang)計進(jin)行了(le)實驗(yan)☔研究(jiu),其🔞中(zhong)蒸汽(qi)爲氣(qi)相⭐，水(shui)爲液(ye)相4;NEL實(shi)驗室(shi)在不(bu)同的(de)壓力(li)下對(dui)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量濕(shi)氣的(de)誤差(cha)進行(hang)了研(yan)究。
　　從(cong)已有(you)的文(wen)獻看(kan)，以往(wang)的研(yan)究工(gong)作主(zhu)要集(ji)中在(zai)觀♻️測(ce)不同(tong)工況(kuang)🙇🏻下渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)濕氣(qi)時測(ce)量誤(wu)差的(de)變化(hua)情況(kuang)。本文(wen)通過(guo)實驗(yan)确定(ding)了在(zai)常壓(ya)條件(jian)下🥰,不(bu)同液(ye)相含(han)率時(shi)渦街(jie)流量(liang)計對(dui)濕氣(qi)的測(ce)量誤(wu)差,并(bing)經出(chu)了渦(wo)街信(xin)号品(pin)質随(sui)液相(xiang)含率(lü)的變(bian)化趨(qu)勢☔,最(zui)後讨(tao)論了(le)✂️造成(cheng)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器在(zai)濕氣(qi)測量(liang)中🔞誤(wu)差增(zeng)大和(he)信号(hao)變壞(huai)的原(yuan)因。
2.實(shi)驗裝(zhuang)置及(ji)方法(fa)低，
21實(shi)驗裝(zhuang)置
　　實(shi)驗介(jie)質由(you)已測(ce)定流(liu)量的(de)空氣(qi)和水(shui)組成(cheng),其中(zhong)空氣(qi)爲氣(qi)🆚相,水(shui)爲液(ye)相,分(fen)别送(song)入管(guan)道混(hun)合成(cheng)濕氣(qi)送入(ru)實驗(yan)管段(duan)。實驗(yan)裝置(zhi)如圖(tu)1所示(shi)。實驗(yan)裝置(zhi)由空(kong)氣壓(ya)縮機(ji)✨、儲氣(qi)罐、蓄(xu)水罐(guan)、分離(li)罐流(liu)量計(ji)、 壓力(li)變送(song)器 、 溫(wen)度變(bian)送器(qi) 、工控(kong)機和(he)各種(zhong)閥門(men)組成(cheng)。
 
　　空氣(qi)壓縮(suo)機将(jiang)空氣(qi)壓縮(suo)後送(song)入儲(chu)氣罐(guan),流量(liang)計1測(ce)量氣(qi)👣液混(hun)合前(qian)儲氣(qi)罐送(song)入管(guan)道的(de)氣體(ti)流量(liang)。蓄水(shui)罐距(ju)離地(di)面30m,提(ti)供實(shi)驗所(suo)需的(de)液相(xiang),其流(liu)量由(you)流量(liang)👌計2測(ce)得。氣(qi)相和(he)液相(xiang)經🍉混(hun)合器(qi)♊混合(he)後送(song)入實(shi)驗管(guan)段,最(zui)後流(liu)🏃入分(fen)離罐(guan)将水(shui)和空(kong)氣進(jin)行分(fen)離,空(kong)氣由(you)放氣(qi)閥排(pai)出，水(shui)由水(shui)泵送(song)回蓄(xu)水罐(guan)循🔴環(huan)使用(yong)。工控(kong)機對(dui)所有(you)儀表(biao)⁉️數據(ju)進行(hang)采集(ji)和顯(xian)示并(bing)對兩(liang)個電(dian)動調(diao)節閥(fa)進行(hang)控制(zhi),調節(jie)氣相(xiang)和液(ye)♻️相的(de)流量(liang)。實驗(yan)所用(yong)的渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi) 選擇(ze)了一(yi)台應(ying)用最(zui)多的(de)壓電(dian)式渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi),其口(kou)徑爲(wei)50 mm,在普(pu)通氣(qi)體流(liu)量實(shi)驗裝(zhuang)置.上(shang)測試(shi),其精(jing)度爲(wei)1. 5%。将渦(wo)街傳(chuan)💃感器(qi)放置(zhi)在水(shui)平直(zhi)管段(duan)上，其(qi)上、下(xia)遊直(zhi)管段(duan)長度(du)🔞分别(bie)爲30D (管(guan)道直(zhi)徑)和(he)20D。 壓力(li)變送(song)器和(he)溫度(du)變送(song)器分(fen)别放(fang)🈲在渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)上遊(you)1D和下(xia)遊10D的(de)位置(zhi)。水在(zai)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器.上(shang)遊🍉70D 處(chu)注入(ru),混合(he)💔器安(an)裝在(zai)渦💞街(jie)流量(liang)計.上(shang)遊30D 的(de)🆚位置(zhi)。
22實驗(yan)方法(fa).
　　實驗(yan)過程(cheng)中保(bao)持氣(qi)相流(liu)量爲(wei)141 m³/h,對應(ying)的流(liu)速爲(wei)20 m/s, 管道(dao)中🌈液(ye)✨相體(ti)積含(han)率分(fen)别爲(wei):0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以5000 Hz的(de)頻率(lü)對不(bu)同液(ye)相含(han)率下(xia)電荷(he)放大(da)器産(chan)生的(de)正弦(xian)信⭐号(hao)進行(hang)采樣(yang)，,每次(ci)采樣(yang)10組數(shu)據，每(mei)組數(shu)據有(you)104個采(cai)樣點(dian),将得(de)☎️到的(de)⭐采樣(yang)點進(jin)行傅(fu)裏葉(ye)變換(huan)得到(dao)不同(tong)液相(xiang)含率(lü)下渦(wo)街産(chan)生的(de)頻譜(pu),如圖(tu)2所示(shi).
 
3液相(xiang)含率(lü)對測(ce)量誤(wu)差的(de)影響(xiang)
31測量(liang)誤差(cha)分析(xi)
　　爲了(le)對渦(wo)街流(liu)量計(ji)的測(ce)量誤(wu)差進(jin)行分(fen)析,首(shou)先在(zai)标準(zhun)氣裝(zhuang)置🐪上(shang)進行(hang)标定(ding),得到(dao)了其(qi)斯特(te)勞哈(ha)爾數(shu)爲0. 291 ,那(na)麽流(liu)過它(ta)的流(liu)量值(zhi)可用(yong)下式(shi)計算(suan)、
 
　　其中(zhong)，Qt爲實(shi)驗段(duan)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)得的(de)流量(liang)值;爲(wei)渦街(jie)脫落(luo)頻率(lü); Sr爲斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數; d爲(wei)旋渦(wo)發生(sheng)體截(jie)流面(mian)寬度(du)🐪; D爲管(guan)👣道直(zhi)徑。
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)誤差(cha)可由(you)”下式(shi)計算(suan):
 
　　其中(zhong):y爲測(ce)量誤(wu)差;Qc.爲(wei)流量(liang)計1見(jian)圖1)測(ce)得的(de).标準(zhun)流量(liang)值。
　　表(biao)1爲當(dang)注入(ru)不同(tong)的液(ye)相流(liu)量時(shi)，渦街(jie)流量(liang)計的(de)測量(liang)誤差(cha)。Qj,表💔示(shi)注入(ru)的液(ye)體流(liu)量，P、爲(wei)液相(xiang)含率(lü)，E,爲測(ce)量誤(wu)差。從(cong)表中(zhong)可以(yi)很明(ming)顯地(di)看出(chu),液相(xiang)流量(liang)的增(zeng)加,使(shi)渦街(jie)流量(liang)讓的(de)測量(liang)誤差(cha)增加(jia)。
 
　　爲了(le)更好(hao)地比(bi)較不(bu)同工(gong)況下(xia)渦街(jie)流量(liang)傳感(gan)器測(ce)量誤(wu)♌差的(de)變化(hua)，表2列(lie)出了(le)不同(tong)研究(jiu)者的(de)研究(jiu)結果(guo)⚽其中(zhong)Test爲本(ben)次實(shi)驗結(jie)果。雖(sui)然不(bu)同研(yan)究者(zhe)的實(shi)驗條(tiao)件相(xiang)差🛀🏻較(jiao)大,但(dan)通過(guo)表2仍(reng)可以(yi)總結(jie)出以(yi)下幾(ji)條規(gui)律:液(ye)相含(han)率越(yue)大渦(wo)街測(ce)量誤(wu)差越(yue)大;管(guan)⛹🏻‍♀️道内(nei)壓力(li)對測(ce)量結(jie)果影(ying)響比(bi)較大(da),壓力(li)越大(da)其測(ce)量誤(wu)差越(yue)📐小;實(shi)驗介(jie)質對(dui)測量(liang)誤差(cha)有影(ying)響。
 
3. 2斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數的(de)變化(hua)
　　誤差(cha)産生(sheng)的原(yuan)因是(shi)液相(xiang)的加(jia)入使(shi)渦街(jie)流量(liang)計的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻斯🏃‍♂️特(te)勞哈(ha)爾數(shu)Srav不再(zai)是-T個(ge)常數(shu)，而是(shi)随着(zhe)液相(xiang)的增(zeng)加而(er)變化(hua)。将實(shi)驗中(zhong)不同(tong)液相(xiang)含率(lü)下得(de)到的(de)Srav進行(hang)了多(duo)項式(shi)拟合(he)♍,拟合(he)曲🎯線(xian)如圖(tu)🌈3所示(shi),最大(da)拟和(he)誤差(cha)爲0. 858%。其(qi)中Srav爲(wei)10 次測(ce)量得(de)到Si的(de)算術(shu)平均(jun)值，sr的(de)計算(suan)如式(shi)😄(3):
Sr=f.d/v???????????(3)
　　其中(zhong),f渦街(jie)脫落(luo)頻率(lü);d旋渦(wo)發生(sheng)體截(jie)流面(mian)寬度(du);v爲平(ping)🤟均流(liu)速👨‍❤️‍👨。
 
4渦(wo)街信(xin)号品(pin)質分(fen)析
4.1渦(wo)街信(xin)号的(de)不确(que)定度(du)
　　采用(yong)式(5)對(dui)渦街(jie)頻率(lü)信号(hao)的不(bu)确定(ding)度進(jin)行分(fen)析。
 
　　式(shi)中，f爲(wei)10次測(ce)量結(jie)果的(de)平均(jun)值,N爲(wei)測量(liang)次數(shu),σ爲不(bu)确定(ding)度,σ0爲(wei)⭐相對(dui)不确(que)定度(du)。在每(mei)個液(ye)相含(han)率下(xia)測量(liang)10次。
　　實(shi)驗結(jie)果如(ru)圖4所(suo)示。結(jie)果表(biao)明,液(ye)相的(de)增加(jia)會影(ying)響渦(wo)街脫(tuo)落頻(pin)率的(de)不确(que)定度(du)，從圖(tu)4可以(yi)看出(chu)随着(zhe)液相(xiang)含♌率(lü)不斷(duan)的增(zeng)加,渦(wo)街❓脫(tuo)落頻(pin)率的(de)不确(que)定度(du)也随(sui)之變(bian)差。當(dang)測量(liang)幹氣(qi)的時(shi)候,渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)的不(bu)确定(ding)度爲(wei)0. 031%, 當液(ye)相含(han)率達(da)到㊙️01092 2%時(shi)不确(que)定度(du)已經(jing)達✨到(dao)1. 58% ,增長(zhang)了将(jiang)近51倍(bei),可見(jian)液相(xiang)的存(cun)在使(shi)渦街(jie)流量(liang)傳🔞感(gan)器測(ce)量信(xin)号的(de)不确(que)定度(du)增❗大(da),因此(ci)對渦(wo)街流(liu)量傳(chuan)感器(qi)進行(hang)誤差(cha)修正(zheng)時必(bi)須考(kao)慮液(ye)相對(dui)測量(liang)不确(que)定度(du)的影(ying)響。
 
4.2渦(wo)街信(xin)号質(zhi)量分(fen)析
　　用(yong)一個(ge)參數(shu)Sq來描(miao)述渦(wo)街頻(pin)率信(xin)号的(de)品質(zhi)。
Sq定義(yi)如下(xia):
 
　　式中(zhong): Ps爲渦(wo)街頻(pin)率帶(dai)0. 96 f到1. 04 f範(fan)圍内(nei)的能(neng)量,其(qi)中信(xin)号能(neng)量通(tong)過譜(pu)⛱️分析(xi)獲得(de)。R爲總(zong)能量(liang)減去(qu)Ps後的(de)能量(liang)。如果(guo)Sq爲正(zheng)，則渦(wo)街頻(pin)率帶(dai)的能(neng)💔量大(da)于其(qi)它頻(pin)帶的(de)能量(liang)。在M iau's l和(he)Pankan in'的文(wen)章中(zhong)♌對Sq的(de)定義(yi)有詳(xiang)細說(shuo)明。實(shi)驗中(zhong)利用(yong)這種(zhong)方法(fa)得到(dao)了渦(wo)街頻(pin)率信(xin)号品(pin)質随(sui)液相(xiang)含率(lü)變化(hua)的情(qing)況,如(ru)圖5所(suo)示。Sq總(zong)✊的變(bian)化趨(qu)勢是(shi)随着(zhe)液相(xiang)含率(lü)的增(zeng)加🚶而(er)迅速(su)減小(xiao),在液(ye)相含(han)率大(da)于0106%後(hou)s由正(zheng)變負(fu),渦街(jie)🚶頻率(lü)帶的(de)能量(liang)開始(shi)小于(yu)其它(ta)頻率(lü)帶的(de)能量(liang),信号(hao)品質(zhi)将變(bian)✍️得很(hen)差。
 
5實(shi)驗分(fen)析
　　從(cong)實驗(yan)結果(guo)來看(kan)，少量(liang)的液(ye)相不(bu)但會(hui)使測(ce)量誤(wu)差變(bian)大,而(er)🐅且還(hai)🌈會使(shi)渦街(jie)信号(hao)的品(pin)質變(bian)差。對(dui)于這(zhe)種💚現(xian)象🤞可(ke)以♍從(cong)液滴(di)對氣(qi)相的(de)湍流(liu)調制(zhi)的角(jiao)度來(lai)解💃釋(shi)。圖6反(fan)映了(le)當氣(qi)相流(liu)過液(ye)滴時(shi)的情(qing)況,可(ke)以看(kan)出氣(qi)相流(liu)過液(ye)滴時(shi)會🔴在(zai)液滴(di)的後(hou)面産(chan)生尾(wei)流并(bing)且在(zai)尾流(liu)中産(chan)生速(su)度梯(ti)度。，尾(wei)流及(ji)其引(yin)起的(de)速度(du)梯度(du)會使(shi)流體(ti)🔱中擾(rao)動變(bian)大,進(jin)而影(ying)響到(dao)渦街(jie)的産(chan)生, 通(tong)過實(shi)驗證(zheng)明擾(rao)動的(de)增加(jia)更有(you)利于(yu)渦街(jie)的脫(tuo)落,這(zhe)樣就(jiu)增大(da)了測(ce)量誤(wu)差。管(guan)道内(nei)壓力(li)❓增加(jia)會抑(yi)制湍(tuan)流度(du)增加(jia),因此(ci)提高(gao)管道(dao)内壓(ya)力會(hui)降低(di)測量(liang)誤差(cha)。渦街(jie)脫落(luo)時會(hui)帶動(dong)液滴(di)--起旋(xuan)轉,這(zhe)樣就(jiu)會減(jian)弱💘旋(xuan)渦的(de)強度(du),使渦(wo)街信(xin)号變(bian)弱。

 
6結(jie)論
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)雖然(ran)已經(jing)在單(dan)相流(liu)測量(liang)中得(de)到了(le)廣泛(fan)的應(ying)✊用,但(dan)在濕(shi)氣條(tiao)件下(xia)應用(yong)時會(hui)出現(xian)許多(duo)新📧的(de)問題(ti)。通過(guo)以上(shang)的實(shi)驗研(yan)究表(biao)明,濕(shi)氣條(tiao)件下(xia),液柞(zha)含率(lü)的增(zeng)加不(bu)隻是(shi)影響(xiang)渦❄️街(jie)脫落(luo)頻率(lü)從而(er)使測(ce)量精(jing)度下(xia)降,而(er)且🌐對(dui)于渦(wo)街頻(pin)率信(xin)号的(de)品質(zhi)也☂️會(hui)有直(zhi)按影(ying)響,這(zhe)種影(ying)響随(sui)着液(ye)相含(han)率的(de)增加(jia)而增(zeng)加。

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