蒸汽對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量特性影響分析

通過渦街流量計(jì)分別在以水為介質(zhì)的水流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置、以空氣為介質(zhì)的音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和以蒸汽為介質(zhì)的蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行比對(duì)實(shí)驗(yàn)，測試了渦街流量計(jì)儀表系數(shù)和其介質(zhì)的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明3種介質(zhì)條件下儀表系數(shù)存在規(guī)律性偏差，利用流體力學(xué)及卡門渦街原理，結(jié)合蒸汽獨(dú)特的熱力學(xué)性質(zhì)，深入分析了蒸汽對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量特性造成計(jì)量性能影響的因素，對(duì)渦街流量計(jì)在3種介質(zhì)下儀表系數(shù)存在規(guī)律性偏差實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行了解釋和分析，獲得了蒸汽和空氣流體條件下的計(jì)算擬合公式，并提出了系數(shù)修正的計(jì)算方法。

關(guān)鍵字：蒸汽 渦街流量計(jì) 可壓縮流體 旋渦發(fā)生體 等熵指數(shù) 

儀表系數(shù)

 

 

 從20世紀(jì)80年代起，渦街流量計(jì)在流量計(jì)量中應(yīng)用廣泛，特別是近幾年能源計(jì)量不斷獲得強(qiáng)化，大量被應(yīng)用于蒸汽流量的計(jì)量，由于其壓損小、量程比大等特點(diǎn)，部分取代了傳統(tǒng)差壓式蒸汽流量計(jì)。由于缺乏蒸汽實(shí)流檢測的手段，蒸汽對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能的影響，一直缺乏相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，人們對(duì)其蒸汽測量的研究還比較匱乏。目前，國內(nèi)外對(duì)渦街流量計(jì)在蒸汽測量上的溯源，普遍采用空氣或者水為介質(zhì)的流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置代替蒸汽計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，隨著人們對(duì)渦街流量計(jì)的深入研究，不少學(xué)者對(duì)此種方法提出了質(zhì)疑，并且在實(shí)際蒸汽流量的計(jì)量中也碰到過由于檢定使用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的不同，出現(xiàn)的蒸汽計(jì)量糾紛。針對(duì)這些問題，筆者在所的蒸汽流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基礎(chǔ)上，利用水、空氣、蒸汽3種不同介質(zhì)流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，開展了渦街流量計(jì)的計(jì)量特性實(shí)驗(yàn)測試，從渦街流量計(jì)漩渦產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，對(duì)不同流體介質(zhì)影響因素進(jìn)行研究，定量分析了各種流體介質(zhì)對(duì)渦街流量計(jì)的計(jì)量特性造成影響的因素。

 1 渦街流量計(jì)原理

 渦街流量計(jì)是根據(jù)“卡門渦街”原理成的流體振蕩式流量測量儀表。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)旋渦的分離頻率與旋渦發(fā)生體的幾何尺寸、管道的幾何尺寸有關(guān)，旋渦的頻率正比于流量，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

 

圖1 卡門渦街傳感器

 渦街流量計(jì)所測量的是旋渦發(fā)生體兩側(cè)的平均速度u1，而反映被測流量的是管道中的平均流速u，它們之間的關(guān)系式為

     （1）

 式中：f為旋渦頻率，Hz；Sr為斯特勞哈爾數(shù)；u1為發(fā)生體兩側(cè)的平均流速，m/s；d為發(fā)生體迎流面的寬度，m；u為被測介質(zhì)來流的平均流速，m/s；m為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比，不可壓縮流體中，由于流體密度ρ不變，由連續(xù)性方程可獲得m=u/u1。

 由此可得體積流量為

     （2）

    （3）

 式中K為渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)，1/m3。

 從式（3）可見，渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)僅與其機(jī)械結(jié)構(gòu)和斯特勞哈爾數(shù)相關(guān)，與來流流量無關(guān)。而K又表征著渦街流量計(jì)的計(jì)量特性，在下文中，重點(diǎn)分析在各種不同流體介質(zhì)條件下K的變化規(guī)律。