渦街流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，使用介質(zhì)對(duì)其測(cè)量帶來多大的附加誤差尚不明確。利用在以空氣為介質(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)裝置的比對(duì)試驗(yàn)，對(duì)在空氣和蒸汽介質(zhì)下渦街流量計(jì)的流量特性進(jìn)行對(duì)比研究，得到儀表系數(shù)在不同介質(zhì)下變化曲線和趨勢(shì)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析解釋。
一、卡門渦街的基本原理
　　如圖1所示，在測(cè)量管道中垂直地插入一非流線型阻流體，也稱發(fā)生體。隨著流體流動(dòng)，當(dāng)管道雷諾數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，在發(fā)生體兩側(cè)就會(huì)交替地分離出卡門渦街。漩渦頻率f與流經(jīng)發(fā)生體兩側(cè)的平均流速U1之間的關(guān)系可表示為：

　　式中：f——漩渦頻率，Hz；Sr——斯特勞哈爾數(shù)；U1——發(fā)生體兩側(cè)的平均流速，m/s；d——發(fā)生體迎流面的寬度，m。
二、試驗(yàn)裝置和儀表
1.蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
　　蒸汽冷凝稱重法是指蒸汽流過被檢表后，通過冷凝器全部冷凝成常溫水并由電子秤稱量，再根據(jù)測(cè)量被檢表處的壓力和溫度得到密度，進(jìn)而得到被檢表處的標(biāo)準(zhǔn)體積量。
　　冷凝稱重法蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（以下簡(jiǎn)稱“蒸汽裝置”）是國(guó)內(nèi)唯一采用蒸汽實(shí)流標(biāo)定的蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。該裝置以過熱蒸汽作為檢定介質(zhì)，對(duì)蒸汽流量?jī)x表進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，檢定流量范圍為（2.5～10000）kg/h，其精度等級(jí)為0.1級(jí)。該裝置可以開展DN200以下口徑渦街流量計(jì)、彎管、V錐流量計(jì)、分流旋翼、孔板流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)等多種蒸汽流量計(jì)的檢定、校準(zhǔn)及相關(guān)檢測(cè)。
2.音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
　　文丘里噴嘴是個(gè)孔徑逐漸減小的流道，孔徑最小的部分稱為噴嘴的喉部，喉部的后面有孔徑逐漸擴(kuò)大的流道。當(dāng)氣體通過噴嘴時(shí)，喉部的氣體流速將隨著節(jié)流壓力比減小而增大。當(dāng)節(jié)流壓力比小到一定值時(shí)，喉部流速達(dá)到最大流速——音速。此時(shí)若再減小節(jié)流壓力比，流速（流量）將保持音速不變，不再受下游壓力的影響，而只與噴嘴入口處的滯止壓力和溫度有關(guān)，此時(shí)的噴嘴稱為音速噴嘴，流量方程式為

　　式中：qm——流過噴嘴的質(zhì)量流量；A*——音速噴嘴喉部面積；C——流出系數(shù)；C*——臨界流函數(shù)；P0——音速噴嘴入口處滯止絕對(duì)壓力；T0——音速噴嘴入口處滯止絕對(duì)溫度；R——通用氣體常數(shù)；M——?dú)怏w千摩爾質(zhì)量。
　　從式（2）可以看出，一種喉徑的噴嘴只有一個(gè)臨界流量值，噴嘴入口的滯止壓力和滯止溫度不變時(shí)，通過噴嘴的流量也不變，正是由于此特性使音速噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)件廣泛應(yīng)用于氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中。
　　音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（以下簡(jiǎn)稱“空氣裝置”）采用臨界流文丘里噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)表，該檢定裝置擴(kuò)展不確定度（k=2）達(dá)到0.25%，流量范圍為（2.5~10000）m3/h，可開展DN15～DN300口徑的渦街、渦輪、容積式等氣體流量?jī)x表的檢定/校準(zhǔn)工作。該設(shè)備主要由羅茨真空泵提供負(fù)壓，與傳統(tǒng)采用水環(huán)真空泵相比，可節(jié)約電能損耗60％以上。地下循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)，提高了氣體流場(chǎng)的穩(wěn)定性（壓力波動(dòng)在1％以內(nèi)，溫度波動(dòng)在0.1℃以內(nèi)）。
3.所用的渦街流量計(jì)
　　本次特別訂制了DN25、DN40、DN50、DN80、DN100、DN150共6臺(tái)渦街流量計(jì)。該渦街流量計(jì)體積流量的精度等級(jí)為1.5級(jí)，其主要應(yīng)用于測(cè)量和輸出氣體、蒸汽和液體的瞬時(shí)體積流量。其流體溫度范圍從-200℃~400℃、可測(cè)量和輸出流體的瞬時(shí)體積流量。該渦街流量計(jì)有內(nèi)置的溫度傳感器，可以測(cè)量和輸出溫度信號(hào)，有內(nèi)置豐富的軟件計(jì)算功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飽和蒸汽的質(zhì)量流量的測(cè)量。
考慮試驗(yàn)條件，具體測(cè)量范圍如表1所示。
三、不同介質(zhì)下的對(duì)比試驗(yàn)研究
1.試驗(yàn)方案
　　在空氣裝置和蒸汽裝置中以標(biāo)準(zhǔn)安裝條件對(duì)DN25、DN40、DN50、DN80、DN100和DN150渦街流量計(jì)各做2組試驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，依次從最小流量到20%、40%、60%、80%、100%最大流量，共計(jì)6個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)檢定7次。在空氣裝置中用標(biāo)準(zhǔn)表（噴嘴組合）法做1組試驗(yàn)，計(jì)算得到儀表系數(shù)、重復(fù)性等數(shù)據(jù)；在蒸汽裝置中用稱重法做1組試驗(yàn)，再計(jì)算儀表系數(shù)、重復(fù)性等相關(guān)數(shù)據(jù)，比較兩組數(shù)據(jù)差異和聯(lián)系。
2.各口徑渦街流量計(jì)試驗(yàn)情況
（1）DN25試驗(yàn)
　　儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖2所示。從圖2中不難發(fā)現(xiàn)該渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)偏高于在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)。但在0.8qmax時(shí)，在空氣裝置上的儀表系數(shù)有明顯下降，分析原因認(rèn)為，DN25管線是在DN50管線基礎(chǔ)上通過變徑實(shí)現(xiàn)的，可能在大流量時(shí)造成流場(chǎng)不穩(wěn)或測(cè)壓偏低造成標(biāo)準(zhǔn)量偏高。







（2）DN40試驗(yàn)
　　儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖3所示。從圖3中不難發(fā)現(xiàn)，該渦街流量計(jì)（剔除個(gè)別流量點(diǎn)）在空氣裝置上的儀表系數(shù)逐漸減小，而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加。在0.6qmax時(shí)，兩者儀表系數(shù)基本重合。
（3）DN50試驗(yàn)
　　儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖4所示。從圖4中不難發(fā)現(xiàn)，其規(guī)律和DN40渦街流量計(jì)規(guī)律基本一致，即在空氣裝置上的儀表系數(shù)逐漸減小，而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加，在靠近0.6qmax時(shí)，兩者儀表系數(shù)重合。
　　空氣裝置的DN40管線和DN25管線是在DN50管線的基礎(chǔ)上變徑實(shí)現(xiàn)的。比較圖2、圖3和圖4中空氣裝置上的儀表系數(shù)-流量曲線圖，可發(fā)現(xiàn)，在大流量時(shí)，隨著口徑的減小，儀表系數(shù)減小的越來越快。
（4）DN80試驗(yàn)
　　儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖5所示。從圖5中不難發(fā)現(xiàn)，該渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)逐漸減小，而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加。在0.8qmax時(shí)，兩者儀表系數(shù)基本重合。
（5）DN100試驗(yàn)
　　儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖6所示。從圖6中不難發(fā)現(xiàn)，該渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)一直大于在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)，且線性度較好，而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加。
（6）DN150試驗(yàn)
　　儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖7所示。從圖7中可以看出，該渦街流量計(jì)在空氣裝置上和蒸汽裝置上的線性度都較差。在空氣裝置上，其儀表系數(shù)先增大后減��；而在蒸汽裝置上，其儀表系數(shù)則先減小后增大。
四、試驗(yàn)結(jié)論
1.除DN100渦街流量計(jì)外，其他5臺(tái)渦街流量計(jì)在空氣裝置上的特性基本一致，即在大流量時(shí)，儀表系數(shù)會(huì)有一個(gè)較明顯下降。
2.各口徑的渦街流量計(jì)在蒸汽裝置上的特性基本一致，即儀表系數(shù)隨著流量的增大而增大。
3.就比較單臺(tái)流量計(jì)在空氣裝置和蒸汽裝置上的儀表系數(shù)而言，六臺(tái)渦街流量計(jì)的規(guī)律基本一致，即渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)偏高于在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)，但因?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)量比較小，還無法定量地給出偏差量。
4.初步結(jié)論：由于受黏度、溫度等因素的影響，渦街流量計(jì)以空氣為介質(zhì)的儀表系數(shù)和以蒸汽為介質(zhì)的儀表系數(shù)存在差異，但差別量較小，具體差別量則需要在后續(xù)大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)分析后給出。
5.每個(gè)口徑的渦街流量計(jì)在儀表系數(shù)與流量的曲線圖上，以蒸汽和空氣為介質(zhì)均有一個(gè)交匯點(diǎn)。在交匯點(diǎn)，儀表系數(shù)相同。這就提供了一種可能：設(shè)計(jì)一臺(tái)具有交匯點(diǎn)儀表系數(shù)的渦街流量計(jì)，在保證一定測(cè)量誤差的情況下，既可測(cè)空氣，又可測(cè)蒸汽。

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