蒸汽流量計的流量方程

　　蒸汽流量計是一種利用流體振動原理來進(jìn)行流量測量的振動式流量計，廣泛應(yīng)用于計量和工業(yè)過程控制領(lǐng)域中。但歷史較短，理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗不足，還有許多工作需要探索、充實[1~2]。

 

　　HKGB蒸汽流量計基本的流量方程經(jīng)常引用卡曼渦街理論，進(jìn)而得出HKGB蒸汽流量計旋渦分離的頻率僅與流體工作狀態(tài)下的體積流量成正比，而對被測流體溫度、壓力、密度、粘度和組分變化不敏感的特點[3]。實際應(yīng)用中，現(xiàn)場工作條件的變化到底會對HKGB蒸汽流量計測量帶來多大的附加誤差尚不明確。SophieGoujon-Durand研究了流體粘度對HKGB蒸汽流量計線性度的影響，繪出不同粘度對渦街線性度的校正曲線[4]。文獻(xiàn)[5]中提到通過氣體不同工作壓力下的試驗驗證了HKGB蒸汽流量計不隨介質(zhì)密度變化的結(jié)論，但是并未給出具體試驗數(shù)據(jù)。本文采用試驗方法，利用正壓法音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，在不同介質(zhì)密度下對HKGB蒸汽流量計的流量特性進(jìn)行對比研究，得到儀表系數(shù)和流量下限隨密度變化曲線和趨勢，并對試驗結(jié)果進(jìn)行分析解釋。

 

　　蒸汽流量計工作原理

 

　　如圖1所示，管道中垂直插入一梯形柱狀旋渦發(fā)生體，隨著流體流動，當(dāng)管道雷諾數(shù)達(dá)到一定值時，在旋渦發(fā)生體兩側(cè)會交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街。

 

　　設(shè)旋渦發(fā)生頻率為f，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，可知：

 

　　式中：U1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速；U為被測介質(zhì)來流的平均流速；Sr為斯特勞哈爾數(shù)，對一定形狀的旋渦發(fā)生體在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)為常數(shù)；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。

 

　　流體在產(chǎn)生旋渦的同時還受到一個垂直方向上力的作用，根據(jù)湯姆生定律和庫塔——儒可夫斯基升力定理[5~6]，設(shè)作用在旋渦發(fā)生體每單位長度上的升力為FL，有：

 

　　由于交替地作用在發(fā)生體上升力的頻率就是旋渦的脫落頻率，通過壓電探頭對FL變化頻率的檢測，即可得到f，再由式（1）可得體積流量qv：式中：cL為升力系數(shù)；ρ為流體密度。

 

　　從式（3）、（4）可以看出，對于確定的D和d，流體的體積流量qv與旋渦頻率f成正比，而f只與流速U和旋渦發(fā)生體的幾何參數(shù)有關(guān)，而與被測流體的物性和組分無關(guān)，因此可以得出HKGB蒸汽流量計不受流體溫度、壓力、密度、粘度、組分因素的影響。本文研究在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下，工作壓力的增加、介質(zhì)密度的變化對HKGB蒸汽流量計測量產(chǎn)生的影響。式中：K為HKGB蒸汽流量計的儀表系數(shù)。