1前言
　　濕氣(qì)是由氣(qì)體(tǐ)與(yǔ)液(yè)體混合而(ér)成的(de)--種兩相流，其中(zhōng)液相(xiàng)體積(jī)占一(yī)-小(xiǎo)部分爲離散(sàn)相，氣(qì)相體積占(zhàn)到絕(jué)大(dà)部(bù)分爲(wèi)連續相。在(zài)石油(yóu)和天然(rán)氣工業中,經常會有濕(shī)氣産生。石油(yóu)工業要(yào)求濕氣的測量正确可靠(kào)。濕氣計量的最(zuì)終目的是實現(xiàn)濕氣測量儀表(biǎo)或系統能夠實(shí)時檢(jiǎn)測(cè)出濕氣(qì)中液相(xiàng)和氣相(xiàng)的(de)含量。
　　目前濕(shī)氣測量的(de)常用(yòng)方法是将(jiāng)幾種(zhǒng)測量幹氣(qì)的标(biāo)準儀表進行組(zǔ)合(hé)對濕氣(qì)進行(háng)測量,或直接用(yòng)測量(liàng)幹氣的儀表對濕氣進行(háng)測量(liàng)，并對(duì)測量結(jié)果(guǒ)進行修正(zhèng),其中(zhōng)修正值是通過(guò)實驗來确(què)定的。多(duō)種儀表(biǎo)者被推薦(jiàn)用于(yú)濕氣的測量,目(mù)前用到的流量(liàng)計有孔闆(pǎn)、文丘(qiū)裏管(guǎn)、渦輪、渦街(jiē)和 内錐式(shì)流量計 。在這(zhè)些流量(liàng)計中,孔(kǒng)闆和文丘裏管應(yīng)用廣(guǎng)泛，并已經(jīng)用于(yú)濕氣的計量,而(ér)對于其它幾種(zhǒng)流量計在濕氣(qì)中應(yīng)用(yòng)的(de)報道還較少。
　　渦街流(liú)量計 是--種速度式流量計,利用(yòng)旋渦(wō)脫落原理(lǐ)制成。其具(jù)體檢(jiǎn)測方法是(shì):在流(liú)體中放置一個(gè)旋渦(wō)發生(shēng)體,流(liú)體流過旋(xuán)渦(wō)發生體(tǐ)時會(huì)在其兩側産生旋渦(wō),旋渦産(chǎn)生的頻(pín)率與(yǔ)流體的流(liú)速成正比(bǐ)，通過(guò)檢測旋(xuán)渦(wō)産生(shēng)的頻率(lǜ)來達到(dào)檢測(cè)流體流速(sù)的目的。渦街流(liú)量計(jì)的(de)測量精(jīng)度--般(bān)能(néng)達(dá)到1.5%,量(liàng)程比(bǐ)爲10: 1。
　　渦街流(liú)量計已經(jīng)用于(yú)濕氣的測量。一(yī)款測量濕氣的(de)儀表(biǎo),由兩台文(wén)丘裏(lǐ)管與一台渦街(jiē)流量(liàng)計組(zǔ)合來測量(liàng)濕氣。目前提供渦街(jiē)流量計在(zài)濕氣(qì)條件下(xià)實(shí)驗數(shù)據的(de)文獻(xiàn)還較(jiào)少，因此需要更(gèng)多的實驗數據(jù)對渦街流量計(jì)在濕氣(qì)條件下(xià)的工(gōng)作情(qíng)況作(zuò)深入(rù)分析。
濕氣中液相的存在(zài)會加大渦(wō)街流(liú)量傳感(gǎn)器的測(cè)量誤(wù)差。目前所(suǒ)查(chá)到的(de)文獻主(zhǔ)要集中在對測(cè)量誤差(chà)的研究(jiū)上,研(yán)究(jiū)者(zhě)記錄了不(bú)同(tóng)工況條(tiáo)件下不同液相(xiàng)含率造成渦街(jiē)流量傳(chuán)感(gǎn)器測量誤(wù)差(chà)範(fàn)圍,以(yǐ)便對(duì)渦(wō)街流量(liàng)計在(zài)濕氣(qì)條件(jiàn)下的(de)測量(liàng)值進(jìn)行修正(zhèng)。在油田現場和(hé)實驗室的濕(shī)氣條件下(xià)對渦街流量計(jì)進行(háng)了實驗(yàn),實(shí)驗結果表明液相含量(liàng)的增加(jiā)會明顯增加渦(wō)街流(liú)量計的測(cè)量誤差i2);w ashingon( 1991 )在(zài)油(yóu)田現場(chǎng)的高(gāo)壓條(tiáo)件 下對渦街流(liú)量計在濕氣中(zhōng)的工作(zuò)情(qíng)況進行了(le)研 究以水(shuǐ)蒸汽作爲實驗介質對渦街流(liú)量計進行(háng)了實(shí)驗研究,其中蒸(zhēng)汽爲氣相，水爲液相(xiàng)4;nel實(shí)驗(yàn)室在(zài)不同的(de)壓(yā)力下(xià)對渦街流(liú)量計(jì)測量濕氣(qì)的誤(wù)差進行了研究(jiū)。
　　從已有的文獻(xiàn)看，以(yǐ)往(wǎng)的研究(jiū)工作(zuò)主要(yào)集中(zhōng)在觀測不同工(gōng)況下渦街流量(liàng)計測(cè)量濕氣時(shí)測量誤(wù)差的變(biàn)化情況。本文通(tōng)過實驗确(què)定了(le)在常(cháng)壓條件(jiàn)下(xià),不同(tóng)液相含率時渦街(jiē)流量計(jì)對濕氣的(de)測量(liàng)誤差,并經出了(le)渦街信号(hào)品質随液(yè)相含(hán)率的(de)變化(huà)趨(qū)勢,最後(hòu)讨論了造成渦街流量傳(chuán)感器(qì)在濕氣(qì)測量中(zhōng)誤差增大和信(xìn)号變(biàn)壞的原因(yīn)。
2.實驗裝置及方法低，
21實(shí)驗裝置(zhì)
　　實驗介質(zhì)由(yóu)已(yǐ)測定流量的空(kōng)氣和(hé)水組(zǔ)成,其(qí)中空(kōng)氣(qì)爲氣相(xiàng),水爲(wèi)液相,分别(bié)送入管(guǎn)道混(hùn)合(hé)成濕氣送(sòng)入實驗管(guǎn)段。實(shí)驗裝(zhuāng)置如圖1所示。實(shí)驗裝(zhuāng)置由(yóu)空氣(qì)壓縮機、儲氣罐(guàn)、蓄水罐、分(fèn)離罐流量計、 壓力變送器 、 溫度(dù)變送(sòng)器 、工控機和各種閥(fá)門(mén)組成。
 
　　空(kōng)氣壓縮機将空(kōng)氣壓縮後送入(rù)儲氣罐,流(liú)量計(jì)1測量氣液混合(hé)前儲(chǔ)氣罐送入(rù)管道的氣(qì)體流(liú)量。蓄水罐(guàn)距離(lí)地面(miàn)30m,提(tí)供實驗(yàn)所需的液相,其(qí)流量由(yóu)流(liú)量計(jì)2測得(dé)。氣相和液相經混合器混(hùn)合後(hòu)送(sòng)入實驗管段,最後流入(rù)分離罐将(jiāng)水和(hé)空氣進(jìn)行分離(lí),空氣由(yóu)放氣閥(fá)排出，水由(yóu)水泵送(sòng)回蓄水罐循(xún)環使(shǐ)用(yòng)。工控(kòng)機(jī)對所有儀(yí)表數據進行采集和(hé)顯示并(bìng)對兩個(gè)電動(dòng)調節閥進(jìn)行控制,調節氣(qì)相和液相(xiàng)的流(liú)量。實(shí)驗所用的(de)渦街(jiē)流(liú)量(liàng)傳感器 選擇了(le)一台(tái)應用(yòng)最多的壓(yā)電式(shì)渦街(jiē)流量傳感器,其(qí)口徑爲50 mm,在普通氣體(tǐ)流量實驗裝置(zhì).上測試(shì),其精(jīng)度爲1. 5%。将(jiāng)渦街(jiē)傳感(gǎn)器放(fàng)置在水平直管段上，其上(shàng)、下(xià)遊直管段長(zhǎng)度分别(bié)爲30d (管(guǎn)道(dào)直徑)和20d。 壓(yā)力變送器(qì)和溫度變(biàn)送器(qì)分(fèn)别放在(zài)渦街流量傳感(gǎn)器上遊1d和下遊10d的位(wèi)置(zhì)。水在渦(wō)街流量(liàng)傳感器.上遊70d 處(chù)注(zhù)入,混(hùn)合器(qì)安(ān)裝(zhuāng)在渦(wō)街流量計.上遊(yóu)30d 的位置。
22實驗方(fāng)法.
　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中(zhōng)保持氣相流量爲141 m³/h,對(duì)應的(de)流速(sù)爲20 m/s, 管道中(zhōng)液相體積含(hán)率分别爲:0.0106%、0.0213%、0.0355%、0.0496%、0.0638%、0.0780%、0.0922%。
　　以5000 hz的(de)頻率對不同(tóng)液相含率(lǜ)下(xià)電荷(hé)放(fàng)大器(qì)産生(shēng)的正弦(xián)信(xìn)号進行采(cǎi)樣，,每(měi)次采(cǎi)樣10組(zǔ)數據，每組數據有104個采(cǎi)樣(yàng)點,将(jiāng)得到(dào)的采樣(yàng)點進行(háng)傅裏葉變換得到不同(tóng)液(yè)相含(hán)率下(xià)渦街産生(shēng)的頻(pín)譜,如圖2所(suǒ)示.
 
3液相(xiàng)含率對(duì)測量誤差(chà)的影響
31測(cè)量誤差分(fèn)析
　　爲(wèi)了對渦街(jiē)流量計(jì)的測量(liàng)誤差進行分析(xī),首先(xiān)在标準氣(qì)裝置上(shàng)進行标(biāo)定,得(dé)到了其斯(sī)特勞(láo)哈爾數爲0. 291 ,那麽(me)流過(guò)它的(de)流量值(zhí)可用下式計算、
 
　　其中，qt爲(wèi)實驗段渦街流(liú)量計測得的流(liú)量值;爲(wèi)渦(wō)街(jiē)脫落頻(pín)率; sr爲斯特(tè)勞哈爾(ěr)數; d爲旋(xuán)渦發生體(tǐ)截流面寬度; d爲管道(dào)直徑(jìng)。
　　渦(wō)街流量(liàng)計測(cè)量誤(wù)差可由”下式計算:
 
　　其(qí)中:y爲(wèi)測量誤差;qc.爲流量計1見圖(tú)1)測得(dé)的(de).标(biāo)準流量值。
　　表1爲(wèi)當注(zhù)入不同(tóng)的(de)液相流量(liàng)時，渦街流(liú)量計(jì)的測(cè)量誤(wù)差。qj,表示(shì)注入的(de)液體(tǐ)流量，p、爲液(yè)相含率(lǜ)，e,爲(wèi)測量(liàng)誤差。從(cóng)表(biǎo)中可(kě)以很(hěn)明顯(xiǎn)地看(kàn)出,液相流量的增加,使渦街流(liú)量讓的測量誤(wù)差增(zēng)加。
 
　　爲了更(gèng)好地(dì)比較不同(tóng)工況(kuàng)下渦街流(liú)量傳(chuán)感(gǎn)器(qì)測量(liàng)誤差的(de)變化，表2列出了不(bú)同研究者的研(yán)究結(jié)果其中test爲本次實驗(yàn)結果(guǒ)。雖然(rán)不同研(yán)究(jiū)者的實驗(yàn)條件相差(chà)較大,但通過表(biǎo)2仍可以總結出(chū)以下(xià)幾條(tiáo)規律(lǜ):液相(xiàng)含率(lǜ)越大(dà)渦街(jiē)測量誤差(chà)越大;管道(dào)内壓(yā)力對測量(liàng)結(jié)果(guǒ)影響比較大,壓力越(yuè)大(dà)其測量(liàng)誤差(chà)越(yuè)小(xiǎo);實驗(yàn)介質對測量誤(wù)差有影響(xiǎng)。
 
3. 2斯特(tè)勞哈爾數(shù)的變(biàn)化
　　誤(wù)差(chà)産(chǎn)生的(de)原因是液(yè)相的加入使渦(wō)街流(liú)量計的斯特(tè)勞(láo)哈爾(ěr)數srav不再是(shì)-t個常數(shù)，而是随着液相的增加(jiā)而變化(huà)。将實驗(yàn)中不(bú)同液相含(hán)率下得到(dào)的srav進行了多項式拟(nǐ)合,拟(nǐ)合(hé)曲線如圖3所示(shì),最大拟(nǐ)和誤差爲0. 858%。其中srav爲10 次測量(liàng)得到(dào)si的算術平(píng)均值(zhí)，sr的計(jì)算如式(3):
sr=f.d/v???????????(3)
　　其中,f渦街(jiē)脫(tuō)落頻(pín)率;d旋(xuán)渦發(fā)生體(tǐ)截流面寬度;v爲(wèi)平均流速(sù)。
 
4渦街(jiē)信号品(pǐn)質(zhì)分析
4.1渦街(jiē)信号的不(bú)确定度
　　采(cǎi)用(yòng)式(shì)(5)對渦(wō)街頻率信(xìn)号的不确定度(dù)進行(háng)分(fèn)析。
 
　　式中(zhōng)，f爲10次測量結果(guǒ)的平均(jun1)值(zhí),n爲測(cè)量次數,σ爲(wèi)不确(què)定度(dù),σ0爲相對不(bú)确定度。在(zài)每個(gè)液相含率(lǜ)下測(cè)量10次。
　　實驗結果(guǒ)如圖(tú)4所示。結果(guǒ)表明,液(yè)相的增加會(huì)影(yǐng)響渦街(jiē)脫落頻率的不(bú)确定度，從圖4可(kě)以看出随着液(yè)相含率(lǜ)不(bú)斷的(de)增加(jiā),渦(wō)街脫落頻率(lǜ)的不确定(dìng)度也随(suí)之變差。當測(cè)量幹(gàn)氣的(de)時候,渦街(jiē)流量(liàng)傳感器的不确(què)定度爲0. 031%, 當(dāng)液相(xiàng)含率達到01092 2%時不(bú)确定度已(yǐ)經達(dá)到1. 58% ,增(zēng)長了将近(jìn)51倍,可見液(yè)相的存在使渦街流(liú)量傳感器測量信号(hào)的不(bú)确定(dìng)度增大,因(yīn)此對(duì)渦街(jiē)流量傳感(gǎn)器(qì)進(jìn)行誤(wù)差修(xiū)正時(shí)必須考慮(lǜ)液相對測量不(bú)确定度的(de)影響(xiǎng)。
 
4.2渦街信号(hào)質量(liàng)分析
　　用(yòng)一個參(cān)數sq來描述渦街(jiē)頻率信号的品(pǐn)質。
sq定義如下:
 
　　式(shì)中: ps爲渦(wō)街頻率(lǜ)帶0. 96 f到1. 04 f範圍内的(de)能量,其中信号(hào)能量通過(guò)譜分(fèn)析獲得(dé)。r爲總能量減(jiǎn)去ps後(hòu)的能量。如果sq爲正，則(zé)渦街(jiē)頻率(lǜ)帶的(de)能量(liàng)大于其它(tā)頻帶的(de)能(néng)量。在m iau's l和pankan in'的(de)文(wén)章中對(duì)sq的定義有詳細說明。實驗中利(lì)用這種方法得到了渦街頻率(lǜ)信号(hào)品質随液相含率變化的(de)情況,如圖5所示。sq總的變化(huà)趨勢(shì)是随着液相含(hán)率的增加而迅(xùn)速減小,在液相(xiàng)含率(lǜ)大于(yú)0106%後s由(yóu)正變負(fù),渦(wō)街頻率帶的(de)能量開(kāi)始小(xiǎo)于(yú)其(qí)它頻率帶的(de)能(néng)量,信(xìn)号品(pǐn)質将變得(dé)很差(chà)。
 
5實驗分析(xī)
　　從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，少量(liàng)的液相不但會(huì)使測量(liàng)誤差(chà)變大(dà),而(ér)且(qiě)還會使渦(wō)街信(xìn)号的品(pǐn)質變差(chà)。對于(yú)這種現象(xiàng)可以從(cóng)液滴對(duì)氣相的湍(tuān)流調制的角度來解(jiě)釋。圖6反(fǎn)映(yìng)了當(dāng)氣相流過液滴(dī)時的(de)情況,可以看出氣(qì)相流(liú)過(guò)液滴時會(huì)在液(yè)滴的後(hòu)面産生尾流(liú)并且(qiě)在尾流中(zhōng)産生速度(dù)梯度(dù)。，尾流(liú)及(jí)其引起的速度梯(tī)度會使流體中(zhōng)擾動(dòng)變(biàn)大,進而(ér)影響到渦街的(de)産生(shēng), 通過實(shí)驗(yàn)證明(míng)擾(rǎo)動(dòng)的增(zēng)加更有利于渦街的脫落,這樣就(jiù)增大了(le)測量(liàng)誤差(chà)。管道(dào)内壓力增加會抑制(zhì)湍流度(dù)增加,因此提(tí)高管(guǎn)道内壓力會降低測量誤(wù)差。渦街脫落時(shí)會帶(dài)動液(yè)滴--起(qǐ)旋轉(zhuǎn),這樣(yàng)就會(huì)減弱(ruò)旋渦的強度(dù),使渦街(jiē)信号變弱。

 
6結論(lùn)
　　渦街(jiē)流量(liàng)計雖(suī)然已經(jīng)在(zài)單相(xiàng)流測(cè)量(liàng)中得到(dào)了廣(guǎng)泛的應用(yòng),但在濕氣條件下應用時(shí)會出(chū)現許(xǔ)多新的問(wèn)題。通過以上的實驗(yàn)研究表明(míng),濕氣條件下(xià),液(yè)柞含率(lǜ)的(de)增加(jiā)不隻是影響渦街脫落頻率從(cóng)而使測量精度下降(jiàng),而且對于(yú)渦街頻率信号(hào)的品質(zhì)也會有(yǒu)直按影響,這種(zhǒng)影響随着液相(xiàng)含率(lǜ)的增加(jiā)而增加。

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