摘要(yào):多(duō)工況下(xià)渦輪流(liú)量(liàng)計 标定曲(qǔ)線之間的(de)差異性(xìng)問題一(yī)直受(shòu)到儀表研究者(zhě)的(de)關(guān)注。在(zài)天然氣貿易交接過(guò)程中(zhōng),渦輪流量計在(zài)常壓(yā)空氣下的檢定(dìng)結論和(hé)标定數(shù)據能否(fǒu)應用于高壓工(gōng)況一直(zhí)存在争議(yì)。爲了(le)對比(bǐ)多工況下(xià)渦輪流量(liàng)計的(de)标定(dìng)曲(qǔ)線,使用高壓空氣(qì)環道(dào)流量标準裝置(zhì)，在1.6~5.0mpa之間(jiān)3個工作(zuò)壓力下對(duì)渦輪流量(liàng)計進行了(le)标定,3條标定曲線在低雷諾數(shù)區域出現明(míng)顯(xiǎn)的分(fèn)散,标定數據最大相差0.65%。随(suí)着雷(léi)諾數增加,3條标定曲線逐(zhú)漸接近(jìn)，最(zuì)終标(biāo)定數(shù)據之(zhī)間的(de)差異不超過0.2%。應用渦輪流(liú)量計物理模型的函(hán)數形(xíng)式分(fèn)析并(bìng)解釋了标定曲線簇(cù)的形态。結(jié)果表(biǎo)明(míng)，軸承阻力是導緻标定(dìng)曲線(xiàn)分散(sàn)的原(yuán)因,而(ér)随着雷諾(nuò)數的(de)增(zēng)加(jiā)，僅和(hé)雷諾(nuò)數有關的(de)流體(tǐ)粘(zhān)性阻滞力矩逐漸成爲阻滞力矩(jǔ)的主(zhǔ)要部(bù)分，因而多(duō)個工況下标定曲線(xiàn)趨于聚合(hé)。變粘度(dù)液體渦(wō)輪流量計的标(biāo)定實驗也可以(yǐ)觀察到類似的曲線簇形态,這(zhè)表明(míng)标定曲線(xiàn)的分散與(yǔ)聚合(hé)和流(liú)體的運動(dòng)粘度有關(guān)。标定(dìng)曲線的聚(jù)合減(jiǎn)弱了工(gōng)況條件引起(qǐ)的物(wù)性變(biàn)化對渦(wō)輪(lún)流量(liàng)計精(jīng)度(dù)的影響(xiǎng)，如果渦輪流量(liàng)計能夠(gòu)在(zài)高雷(léi)諾數下保(bǎo)持良(liáng)好的線性(xìng)度,就(jiù)可以将其(qí)很好(hǎo)地應用于(yú)多工(gōng)況的測(cè)量工作(zuò)。
0引言
　　現代化生産、油氣貿易、醫療衛(wèi)生等衆多領域要求(qiú)準确測量(liàng)流動介(jiè)質(zhì)的流量。渦輪流(liú)量計因(yīn)其計量(liàng)精度(dù)高，重複性(xìng)好,耐高壓,很強(qiáng)的抗幹擾能力，測量範圍(wéi)寬印(yìn)等優點(diǎn)被(bèi)廣泛(fàn)應用。自1790年reinhardwoltman發明(míng)第一台渦輪流(liú)量計以來.流量(liàng)計制造商(shāng)和儀(yí)器儀表(biǎo)科研院(yuàn)所在提高(gāo)渦輪流量計測量性(xìng)能方面(miàn)作(zuò)了大(dà)量的工作。改進(jìn)葉輪(lún)葉(yè)片的結構、尺寸和(hé)材質(zhì),優化傳感(gǎn)器性(xìng)能一直(zhí)都是渦(wō)輪流量計的研(yán)究重(zhòng)點。
　　渦(wō)輪流(liú)量計(jì)的(de)缺點之(zhī)一是(shì)需要定期(qī)(一般爲兩年(nián))校準以保持其測(cè)量準(zhǔn)确性;另一個缺(quē)點是,即使(shǐ)在标定和使用(yòng)過程(chéng)中都使用(yòng)同一介質,由于(yú)工況(kuàng)條(tiáo)件(壓力(lì)，溫度，粘度)改變引起(qǐ)的物性變(biàn)化對渦(wō)輪流量(liàng)計精度有(yǒu)不同程度(dù)的(de)影響,技(jì)術人(rén)員不得不針對現場(chǎng)工況增加(jiā)額外(wài)的校準工(gōng)作。例如，在(zài)石油(yóu)、天然氣的(de)貿易交接(jiē)中,一旦管道(dào)中的物(wù)質或(huò)物性(xìng)發生(shēng)明顯變(biàn)化，需要(yào)在現場重新标定渦(wō)輪流量計。又如,爲(wèi)了使渦(wō)輪流(liú)量計适用(yòng)于多種粘性差(chà)異很(hěn)大(dà)的烴類(lèi)燃料(liào),有(yǒu)的校準(zhǔn)實驗室(shì)維護着(zhe)多個流量(liàng)标準裝置,每個裝置使用(yòng)不(bú)同粘度(dù)的流體介(jiè)質,有(yǒu)的校準(zhǔn)實(shí)驗室(shì)建立(lì)了以溶液配比調(diào)節或溫(wēn)度調(diào)節爲基本(běn)手段的變粘度試驗台。 氣體渦(wō)輪流量(liàng)計 制造商一(yī)般提(tí)供的是常壓(yā)空(kōng)氣下(xià)的檢(jiǎn)定(dìng)或校準(zhǔn)證書，檢定結論(lùn)或校準數據(jù)是否适用于城市(shì)管網(wǎng)和地區輸(shū)配氣(qì)幹線_上的(de)中 高壓天然氣(qì)渦輪流量(liàng)計 一直存在争(zhēng)議。因(yīn)此，渦輪(lún)流(liú)量計(jì)在不(bú)同介質,不(bú)同工況下的标(biāo)定曲(qǔ)線(xiàn)存在差(chà)異受到儀器儀表和流量測量(liàng)學術(shù)界的關注。本文(wén)使用高壓(yā)空氣(qì)環(huán)道流量(liàng)标準裝置(zhì)标定渦輪(lún)流(liú)量計,獲(huò)得多(duō)個壓力工(gōng)況下标定(dìng)曲線(xiàn)簇的(de)形态，通過(guò)一個(gè)渦輪(lún)流量(liàng)計物(wù)理模型的(de)函數形式爲不(bú)同工(gōng)況下标定(dìng)曲線(xiàn)的(de)差異性(xìng)變化趨(qū)勢提供(gòng)合理的(de)解釋。
1常(cháng)壓空氣與高壓(yā)天(tiān)然(rán)氣标(biāo)定結(jié)果對(duì)比(bǐ)
　　2015年至2018年(nián)，上海市計量測(cè)試技(jì)術研究院(yuàn)使用常(cháng)壓空氣(qì)流量标(biāo)準(zhǔn)裝置(zhì)(量程2~4500m3/h,相對擴(kuò)展(zhǎn)不确定urel=0.16%,k=2))對32台進(jìn)口渦輪(lún)流(liú)量計實施(shī)檢定,流量(liàng)計入關前都經(jīng)過德國國(guó)家高壓天然(rán)氣流量(liàng)标準裝(zhuāng)置(量程(chéng)3~6500m³/h,相對擴展不确(què)定度(dù)urel=0.12%,k=2)的實流标(biāo)定。常壓空氣流(liú)量标準裝置的量值溯源到中(zhōng)國氣體流量國(guó)家基準，德(dé)國國家高壓天(tiān)然氣(qì)流量标準裝置使用的(de)流量标(biāo)準值是荷蘭法國-德(dé)國(guó)協同參(cān)考值(harmonizedreferencevalue)。根據(jù)流量(liàng)計的型号規格(gé)以及标(biāo)定(dìng)時的(de)工況(kuàng)壓力,将32台(tái)流量計分(fèn)爲4組(zǔ),對應的(de)工(gōng)作介質及其(qí)物(wù)理性(xìng)質如(rú)表(biǎo)1所示。标定數(shù)據經(jīng)彙總(zǒng)整理(lǐ)後繪制成(chéng)體積流量(liàng)-誤差曲線，如圖1所示(shì)。
 
　　圖1所示的(de)點對(duì)點誤(wù)差對比表(biǎo)明，對于不同的(de)流量(liàng)計規(guī)格,兩(liǎng)個壓(yā)力工(gōng)況下(xià)标定曲線(xiàn)之間(jiān)的差異各(gè)不相(xiàng)同,有的差異不(bú)大,例如圖1(c)所示(shì)的差距(jù)甚至小(xiǎo)于0.2%;有(yǒu)的差異超過1%,且(qiě)标定(dìng)曲線的形(xíng)狀(zhuàng)也(yě)完全(quán)不同,如(rú)圖1(d)所示(shì)。由于中德(dé)兩套(tào)标準(zhǔn)裝置均經(jīng)過嚴格的量值溯源、穩定性考(kǎo)核以及國家(jiā)、地(dì)域之間的(de)量值比對,可(kě)以排除由于系統誤差(chà)導緻的測量結果差(chà)異(yì)。通過比(bǐ)較中德兩(liǎng)套标(biāo)準裝置的(de)介質(zhì)物性可知(zhī)，即使介質的動力粘(zhān)度相近，高(gāo)壓天(tiān)然氣(qì)的密(mì)度與(yǔ)常壓空氣(qì)的密度存(cún)在數十倍的差異,因(yīn)而以(yǐ)體積(jī)流量來對(duì)比兩個工況下(xià)的誤(wù)差不符合(hé)流動相似準則(zé)的(de)要求(qiú),即不具(jù)備可比性。
 
 
　　圖2所(suǒ)示爲。上述渦輪(lún)流量計基于雷(léi)諾數(shù)(reynoldsnumber,re)的誤差對(duì)比。由于渦輪流(liú)量計(jì)一(yī)般是以體積流量标稱其量程範圍，轉化到雷(léi)諾(nuò)數後，常壓下雷諾數(shù)量程與高(gāo)壓下雷諾數量(liàng)程存(cún)在間隔(gé),兩個工(gōng)況壓力相差越(yuè)小(xiǎo)，間隔(gé)區間越(yuè)小，常壓雷(léi)諾(nuò)數(shù)上限的誤(wù)差與(yǔ)高壓雷諾(nuò)數下限的(de)誤差(chà)越接近，圖2(b)與圖2(c)中兩(liǎng)者相差分别爲(wèi)0.24%和0.05%，可(kě)以認爲流(liú)量計(jì)的誤差幾(jǐ)乎随(suí)雷諾(nuò)數連續變化(huà)。圖(tú)2中兩(liǎng)條誤(wù)差曲線沒(méi)有重疊或(huò)交集(jí)，意味着流量計(jì)分别(bié)工作在不(bú)同的(de)流動(dòng)特征(zhēng)區域，無法(fǎ)進行(háng)常壓空氣與高(gāo)壓天(tiān)然氣(qì)之間的點對點(diǎn)誤差(chà)對比。因此(cǐ)，需要(yào)增加高壓空(kōng)氣(qì)下的标定實驗。
 
 
 
2高壓空氣環道(dào)流量标準裝置(zhì)
　　一台經過(guò)常壓(yā)空氣标定的(de)dn100渦輪流量計分别(bié)在高壓空(kōng)氣環(huán)道流(liú)量标準裝(zhuāng)置(如圖3所(suǒ)示)和德國國家高壓(yā)天然氣流(liú)量标準裝置(工(gōng)作壓力5.1mpa)上接受(shòu)标定(dìng)。
 
　　高(gāo)壓(yā)空(kōng)氣環道(dào)流量标準(zhǔn)裝置(zhì)的量(liàng)程爲13~4000m³/h,相對(duì)擴展(zhǎn)不确(què)定度(dù)u。=0.25%(k=2)，并聯(lián)使用一台dn80氣體容積式流(liú)量計(量程:13~250m³/h)，一(yī)台(tái)dn200渦輪流(liú)量(liàng)計(量程:800~1600m³/h)和一台dn250渦輪(lún)流量計(jì)(量(liàng)程:130~2500m³/h)作爲主标準器。裝(zhuāng)置通過(guò)高壓循(xún)環壓(yā)縮(suō)機驅動(dòng)閉環回(huí)路(lù)中的(de)介質(zhì)氣體實現所需的流量，工(gōng)作壓力調節(jiē)範(fàn)圍0.4~5.0mpa.系統(tǒng)外(wài)置制冷機(jī)組和循環(huán)冷卻機，通(tōng)過閉(bì)環(huán)回(huí)路(lù)中的熱(rè)交換器将(jiāng)每(měi)次(cì)标定循環使用的氣(qì)體(tǐ)溫(wēn)度變(biàn)化控(kòng)制在0.2℃以内(nèi)。此外,裝(zhuāng)置(zhì)還配(pèi)備了(le)超聲(shēng)流量(liàng)計用于主(zhǔ)标準器的在線核查。
3結果與(yǔ)分析
3.1多(duō)工況(kuàng)下的标定(dìng)結果(guǒ)
　　4個(gè)工(gōng)況下的标定結果如(rú)圖4所示(shì)，誤差棒(bàng)用各(gè)個裝置的(de)相(xiàng)對測量不确(què)定度表示。0.1mpa常壓空氣的上(shàng)限雷諾數(shù)和2.6mpa高壓空(kōng)氣的(de)下(xià)限雷諾(nuò)數(shù)比(bǐ)較接近，各(gè)自對應(yīng)的誤差相差0.24%。4個壓(yā)力工(gōng)況(0.1.1.6、2.6和(hé)5.1mpa)下的标定(dìng)曲線(xiàn)包(bāo)含3段明(míng)顯的雷(léi)諾(nuò)數重(zhòng)疊區域,區域内(nèi)兩兩曲線(xiàn)之間(jiān)的差異小于0.2%，而(ér)且2.6mpa空(kōng)氣(qì)與高壓(yā)天然(rán)氣(5.1mpa)的(de)标定(dìng)曲線更爲接近，點對點差異甚(shèn)至小(xiǎo)于0.1%。由(yóu)于3個(gè)工況(kuàng)(常壓、高壓空(kōng)氣和(hé)天然氣(qì))下的(de)實驗相互(hù)獨立，标定(dìng)數據(jù)兩兩之間的差(chà)異小于裝置間的合成(chéng)擴展不(bú)确定度，說(shuō)明(míng)渦(wō)輪流量(liàng)計标定(dìng)曲線(xiàn)随雷(léi)諾數(shù)變化(huà)，而且随着(zhe)工(gōng)況壓力(lì)增加(jiā)，标定(dìng)曲線(xiàn)保持(chí)連續性延(yán)拓。當(dāng)re>2.95x104,各個工況的标(biāo)定數據之(zhī)間的(de)差異不超(chāo)過0.30%，如(rú)圖4帶狀區(qū)域所(suǒ)示，且随着(zhe)雷諾(nuò)數增加,這種差異呈現(xiàn)出逐漸(jiàn)縮(suō)小的趨(qū)勢，曲(qǔ)線也逐漸相互(hù)接近。基于(yú)渦輪(lún)流量計在高雷(léi)諾數區域(yù)表現(xiàn)出的這一特性(xìng)，技術人員(yuán)就能夠以(yǐ)較高(gāo)的置(zhì)信度估計(jì)出流(liú)量計(jì)在(zài)其他相(xiàng)近(jìn)工況壓力下(xià)的誤差。
 
　　需要指(zhǐ)出的是，上(shàng)述實驗是(shì)在(zài)流量計(jì)制造商限定的(de)體積流量(liàng)量程(chéng)内進行,僅在(zài)部(bù)分雷諾數重疊區存在誤差的(de)點對(duì)點(diǎn)比較，爲(wèi)了擴大(dà)比較範(fàn)圍，有(yǒu)必要将标(biāo)定實驗拓(tuò)展到流量計(jì)量(liàng)程的(de)下限(xiàn)以(yǐ)下(xià)。爲此(cǐ)，在高壓空氣環(huán)道流量(liàng)标(biāo)準裝置的(de)3個工(gōng)況(1.6.3.2.5.0mpa)下對一台dn150的渦輪(lún)流量(liàng)計(jì)進行多(duō)點标定(dìng)，結果如(rú)圖5所示。
　　渦輪(lún)流(liú)量計在始(shǐ)動階段需要克服機(jī)械阻力(lì)所(suǒ)産生的制(zhì)動轉矩，因(yīn)而标定曲線都是從(cóng)負偏差開(kāi)始向正(zhèng)偏差方向延伸。在(zài)雷諾(nuò)數(shù)的低區各個(gè)工況數據(jù)之間呈現出明顯的(de)分散(sàn)性(xìng),且工況(kuàng)壓力(lì)相差(chà)越大，分(fèn)散性特征越(yuè)顯著,點對(duì)點(diǎn)誤差比(bǐ)較最大相(xiàng)差約爲(wèi)0.65%。随(suí)着雷諾數(shù)上(shàng)升(shēng)，不同(tóng)工況壓力下的(de)數據(jù)點(diǎn)逐漸接(jiē)近，趨于收斂，如圖5中兩(liǎng)條輪廓(kuò)虛線(xiàn)所示，最終點對(duì)點誤差比(bǐ)較僅有0.1%的(de)差異(yì)。
 
3.2渦輪(lún)流量計物(wù)理模型的(de)函數(shù)形式(shì)
　　使用不同粘度液體的渦(wō)輪流量計标定(dìng)實驗也可以觀(guān)察到(dào)标定曲線(xiàn)的分散(sàn)現象。例(lì)如，同一流量計(jì)在航(háng)空燃料(μ=1.2x10-6m2/s)和(hé)液壓油(μ=16x10-6m2/s~100x10-6m2/s)下(xià)的标(biāo)定曲線(xiàn)會相差0.6%~2.2%8每一(yī)種粘度介質(zhì)對應不(bú)同的(de)标定曲線，除非(fēi)流量(liàng)計在某個(gè)指定并且恒定(dìng)粘度的介(jiè)質下(xià)工作(zuò)，否則，用戶(hù)要想(xiǎng)獲得.正确(què)的測量結果，不(bú)得不依賴(lài)于變粘度試(shì)驗(yàn)台。爲了克服這(zhè)個困難，研(yán)究人(rén)員引(yǐn)入了通用(yòng)粘度曲線(universalviscositycurve,uvc)回,使用儀(yí)表系(xì)數k,(單(dān)位體積(jī)流體通過流(liú)量計(jì)時(shí)，流(liú)量計(jì)輸出的脈(mò)沖數)與ƒ/v(流量計(jì)輸出頻率與介質運(yùn)動粘(zhān)度之比)的(de)關系繪制标定(dìng)曲線，該(gāi)方法将體積流量(liàng)qv用流(liú)量計(jì)輸(shū)出頻率f來表示，使用ƒ/v來(lái)歸并體積流量(liàng)和運動粘度，如(rú)式(1)所示(shì)，通用粘(zhān)度曲(qǔ)線本質上反映(yìng)了流(liú)量計靈敏度與雷諾數的關系:
 
d是渦輪流(liú)量計的口(kǒu)徑。将不同(tóng)粘度(dù)下流量計的标(biāo)定數(shù)據繪制在一張圖(tú)内(nèi),形成(chéng)一條平滑(huá)的标(biāo)定曲線.那麽該(gāi)标定曲線就可(kě)以适(shì)用多種粘(zhān)度,精度在(zài)+0.5%以内。但是通(tōng)，用粘度(dù)曲線(xiàn)僅适用于(yú)雷諾數(shù)相(xiàng)關區(qū)域,在該(gāi)區域(yù)内(nèi)渦輪(lún)流量(liàng)計的示值(zhí)誤差(或儀表系(xì)數(shù))隻與雷諾數有關(guān),而在(zài)适用範圍之(zhī)外,就會(huì)出現(xiàn)随粘(zhān)度變(biàn)化的分散性特(tè)征。
　　從上述(shù)分析(xī)可知，影響(xiǎng)渦輪(lún)流量(liàng)計精(jīng)度的(de)相(xiàng)關(guān)特性(xìng)是介質(zhì)的運動粘度(dù),而不(bú)是動(dòng)力粘度。lee等[10-41和rubin等(děng)[12通過(guò)動量和機(jī)翼理論确定了(le)流體(tǐ)阻力矩,由(yóu)于當(dāng)時研究對(duì)象是氣體，在量(liàng)程的高區部分,氣體動力(lì)粘度(dù)變化的(de)影響很(hěn)小，于(yú)是他們簡(jiǎn)化了(le)軸承(chéng)阻力矩的影(yǐng)響，并(bìng)認爲其在所(suǒ)研究(jiū)的雷(léi)諾(nuò)數(shù)範圍(wéi)内保(bǎo)持不(bú)變,他(tā)們的标定數據(jù)表明(míng),儀表(biǎo)系數是雷(léi)諾數(shù)的近(jìn)似線性函數。當(dāng)把lee的(de)模(mó)型應用(yòng)到液體時,卻無(wú)法解釋爲(wèi)何在低雷諾(nuò)數範圍(wéi),流量(liàng)計(jì)在不同(tóng)粘度(dù)介質下的(de)标定曲線(xiàn)出現(xiàn)分散。[13][14]pope等和(hé)wright等(děng)在(zài)研究丙二醇水(shuǐ)混合物替(tì)代stoddard輕(qīng)質礦(kuàng)物油作爲(wèi)渦輪流(liú)量計的(de)校準介(jiè)質時擴(kuò)展.了(le)lee模(mó)型.把軸(zhóu)承阻力矩引入對理想流量計(jì)儀表(biǎo)系(xì)數k;(rad/m')的修(xiū)正,将基于角頻率o(rad/s)的流量計儀(yí)表系數(shù)kw(rad/m2)表(biǎo)示爲:
 
　　式(5)中(zhōng)4個含待定(dìng)系數的修(xiū)正項(xiàng)依次(cì)分别爲:流(liú)體阻力項(xiàng)，軸承(chéng)靜态(tài)阻(zǔ)力項，軸(zhóu)承粘性阻力項(xiàng),以及由于軸向(xiàng)推力和轉子系(xì)統的動态不平(píng)衡引起的(de)軸承(chéng)阻力(lì)項。最後一(yī)項影響(xiǎng)很小，可(kě)以忽略不計。在(zài)研究(jiū)中高(gāo)壓氣體渦輪(lún)流(liú)量計(jì)時考(kǎo)慮到(dào)軸與軸承(chéng)之間(jiān)的潤(rùn)滑油處于層流(liú)狀态，認爲(wèi)渦輪軸承阻力(lì)矩與其渦輪旋轉角速度呈一(yī)階線性關(guān)系,他(tā)們在(zài)“渦輪(lún)減速”實驗(yàn)中發現(xiàn),軸承阻力對渦輪(lún)流量(liàng)計的影(yǐng)響(xiǎng)在低(dī)雷諾(nuò)數下尤其(qí)明顯,基于(yú)實驗(yàn)數據,提出了以(yǐ)下的(de)模(mó)型:
 
3.3分析與(yǔ)解釋
　　由(yóu)式(5)~(7)可(kě)知,無論工作介(jiè)質是液體(tǐ)還是氣體(tǐ)，渦輪流量計的标定(dìng)誤差模(mó)型(xíng)都包(bāo)括兩(liǎng)部分(fèn),僅和(hé)雷諾(nuò)數有(yǒu)關(guān)的流體(tǐ)阻力項(xiàng),和體積流量(liàng)qv有關的軸(zhóu)承阻力項(xiàng)。lee的研(yán)究工(gōng)作(zuò)忽略了(le)介質的運動粘度對軸承阻力(lì)矩的影響,按照lee的原始模(mó)型,隻(zhī)要雷諾(nuò)數相(xiàng)同(tóng),無論動力(lì)粘度(dù)(對于液體)、工作(zuò)壓力(lì)(對于氣體(tǐ))如何變化(huà)，僅考(kǎo)慮流(liú)體粘性阻(zǔ)力的(de)标(biāo)定(dìng)曲線(xiàn)一定(dìng)不(bú)會出現(xiàn)分散,而軸(zhóu)承阻力項(xiàng)恰(qià)怡是造(zào)成曲線分(fèn)散(sàn)的(de)原因,對于液體(tǐ)介質，不同的動(dòng)力粘度(dù)導(dǎo)緻曲線分散。對于氣(qì)體,需(xū)要進--步分(fèn)析式(5)~(7)中(zhōng)的(de)軸承阻力項(xiàng)。由(yóu)式(1)可(kě)知，雷諾數通過運動粘度關聯(lián)體積流量,将式(shì)(5)~(7)中代表軸承阻力項的(de)共有部(bù)分作如下變換(huàn):
 
　　由于氣(qì)體(tǐ)的動力粘(zhān)度幾乎不(bú)随壓(yā)力變(biàn)化，故(gù)軸承阻力項和(hé)雷諾數(shù)以及由(yóu)壓力引起的氣(qì)體密(mì)度有(yǒu)關,所以會出現對于(yú)同一個雷(léi)諾數，不同工作壓力(lì)下的标定數據(jù)存在(zài)顯著(zhe)差異(yì),但是這一分散性特征(zhēng)被限制(zhì)在低雷諾數區(qū)域，随(suí)着雷諾數(shù)的平方級增加趨于消(xiāo)失,因而(ér)在高(gāo)雷諾(nuò)數區域,多(duō)個壓力工(gōng)況(kuàng)下的标定曲(qǔ)線逐漸聚合爲(wèi)一條僅和(hé)雷諾數有(yǒu)關(guān)的曲線(xiàn)(嚴格來說是,多(duō)條非常接近的(de)标定曲線),此時(shí),流量(liàng)計的(de)誤差(chà)僅受流體(tǐ)粘性(xìng)阻滞(zhì)的影響,且工況(kuàng)壓力越高(gāo),氣體密度越大(dà),進入聚合區域(yù)時的雷諾數也(yě)越大,或者,運動(dòng)粘(zhān)度越大(dà)的标(biāo)定曲線(xiàn)越(yuè)早進(jìn)入聚(jù)合區。
　　在測(cè)量推進(jìn)系統的液氫流量過程(chéng)中,爲了(le)降(jiàng)低危(wēi)險和實驗成本(běn),使用高壓(yā)氮氣(qì)模拟液(yè)氫标定(dìng)一台(tái)1.5inch3渦輪(lún)流量計(jì),實(shí)驗工況及(jí)物性參數如(rú)表2所示。
 
　　各個(gè)工況(kuàng)下的标(biāo)定(dìng)曲線(xiàn)如圖(tú)6所示(shì)，試驗(yàn)結果用儀表系(xì)數k,表(biǎo)示，原技(jì)術(shù)報告是以水标定的(de)儀表系數(shù)作爲參照(zhào),經歸--化處理後(hòu)作爲(wèi)縱坐标,橫坐标(biāo)是體(tǐ)積流量量(liàng)程的百分(fèn)比,爲(wèi)方便(biàn)分析,将标(biāo)定數(shù)據轉爲圖(tú)7所示(shì)(橫坐标以(yǐ)雷諾數表示)。物(wù)性方面,58.9和78.9atm的高(gāo)壓氮氣分别與液氫(qīng)的密度和(hé)運動粘度(dù)很接近,所(suǒ)以标定結(jié)果對比(bǐ)符(fú)合流(liú)動相似準則的要求(qiú)。6組标定數(shù)據在(zài)量(liàng)程的低(dī)區(<50%fs,re<5x10')差異較大,标定曲線呈現出“扇形”特征，随着(zhe)雷諾(nuò)數上升,差(chà)異逐漸減(jiǎn)小“扇形”趨(qū)于收(shōu)斂。4個(gè)高壓(yā)氮氣(qì)(工況(kuàng)壓力≥38.1atm)以及液氫(qīng)的标定數(shù)據在(zài)量程(chéng)的(de)高區很(hěn)接近,5條标(biāo)定曲線聚合(hé)于一個(gè)0.5%的區間(如(rú)圖7中(zhōng)帶狀(zhuàng)部分所示(shì))。如果(guǒ)以該(gāi)區(qū)間(jiān)作爲僅與雷諾(nuò)數相(xiàng)關的(de)聚合(hé)域,4條高(gāo)壓(yā)氮氣标定曲線随着(zhe)壓力的上升(shēng)，依(yī)次進入該(gāi)區間(jiān)，正如前(qián)文(wén)的分(fèn)析,工況壓力越(yuè)高,進(jìn)入聚合域(yù)所對應(yīng)的雷諾(nuò)數也越大(dà)。
 

 
4結論(lùn)
　　介質(zhì)的(de)運動粘(zhān)度是(shì)影響渦輪(lún)流量計精(jīng)度的(de)重要因素。對(duì)于(yú)液體介質,一般(bān)通過改(gǎi)變溫度、改變混合溶液(yè)的配(pèi)比實(shí)現變(biàn)粘度(dù)的标定實(shí)驗,來研究(jiū)渦輪(lún)流量(liàng)計在多工況下(xià)的标(biāo)定曲線。對(duì)于氣體介(jiè)質,往(wǎng)往是通過改變(biàn)工作壓力(lì)來觀(guān)察(chá)标定曲線的差異。限于(yú)标準(zhǔn)裝置的功(gōng)能和調壓能力。本文使用常壓(yā)、中高壓(yā)氣體流量标(biāo)準裝(zhuāng)置标定渦輪流量計(jì),實驗結果(guǒ)表明(míng)，與工(gōng)況壓(yā)力有關的軸承阻力(lì)導緻(zhì)對應的标(biāo).定曲線在低雷(léi)諾數(shù)區域存在(zài)顯著差(chà)異(yì),随着雷諾數增加，差(chà)異減(jiǎn)小，各條曲(qǔ)線趨于一(yī)個僅(jǐn)和雷(léi)諾數相(xiàng)關的聚合(hé)域(yù)，而且(qiě)随着(zhe)工況壓力(lì)的增(zēng)加,标定曲(qǔ)線保持連續性(xìng)延拓，于(yú)是,技術(shù)人員就能夠在(zài)雷諾數重疊區域以(yǐ)較高的置信度估(gū)計出流(liú)量計(jì)在其(qí)他(tā)相(xiàng)近工(gōng)況壓(yā)力下(xià)的标定誤差。這(zhè)有利于減弱工(gōng)況引(yǐn)起的物性(xìng)變化(huà)對渦輪流(liú)量計精(jīng)度的影(yǐng)響,一(yī)方面(miàn),如果制造(zào)商能夠在(zài)渦輪流量計的(de)高雷(léi)諾數區(qū)保持良好的線性(xìng)度,那麽流量計就能以較高的(de)置信度适用于(yú)多個壓力工況，而且(qiě)中壓工況下的(de)标定曲線能夠以(yǐ)較小的(de)雷(léi)諾數(shù)先于高(gāo)壓工況進(jìn)入聚合域,這有利于(yú)标準表法(fǎ)流量(liàng)标準裝置的選型工作，另一.方(fāng)面,裝置的(de)設(shè)計(jì)者需(xū)要避免标準流量計工作在軸(zhóu)承阻滞效(xiào)應顯著的(de)低雷(léi)諾數(shù)區域。
　　本文(wén)的實(shí)驗和(hé)引用結果并沒(méi)有發(fā)現工作介質種(zhǒng)類的(de)差異(例如(rú)天然氣和空氣，氮氣和液(yè)氫)對(duì)渦輪流量(liàng)計的标定(dìng)結果有明(míng)顯的(de)影響(xiǎng)。由于直排式(shì)高壓天(tiān)然氣流(liú)量(liàng)标定裝置的(de)成本及(jí)安全性(xìng)保(bǎo)護措施投入非常巨(jù)大,而高壓(yā)空氣環道氣體(tǐ)流量(liàng)标準裝置(zhì)的優點日益(yì)凸顯，德(dé)國聯邦(bāng)物理技(jì)術研(yán)究院已經(jīng)批準使用高壓空氣替(tì)代高壓(yā)天然(rán)氣進行貿(mào)易交接計(jì)量,并(bìng)在多個校準機構實施,取(qǔ)得了(le)很好(hǎo)的(de)效果。我國儀器儀表科(kē)研院所和計量(liàng)技術(shù)機構都已(yǐ)經開始這(zhè)方面(miàn)的研發(fā)工(gōng)作[因，大批(pī)城市管網和地(dì)區輸配氣(qì)幹線上中(zhōng)高壓(yā)天然氣(qì)流(liú)量計(jì)将通過(guò)高(gāo)壓空氣流量标準裝(zhuāng)置得到溯源，特(tè)别是涉及貿易(yì)結算的(de)渦(wō)輪流量計(jì)将(jiāng)能夠得(dé)到有效的法制監督(dū)和管(guǎn)理。

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