摘要(yao):在氣(qi)液兩(liang)相流(liu)實驗(yan)裝置(zhi)上,對(dui)3台具(ju)有不(bu)同導(dao)程葉(ye)輪的(de)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器 測(ce)水平(ping)氣液(ye)兩相(xiang)泡狀(zhuang)流的(de)特性(xing)進行(hang)了實(shi)驗研(yan)究。發(fa)現随(sui)🍉着🈲體(ti)積含(han)氣率(lü)的變(bian)化,3台(tai)傳感(gan)器的(de)流量(liang)特💔性(xing)曲線(xian)、儀表(biao)系數(shu)遷❄️移(yi)量、重(zhong)複性(xing)誤差(cha)均會(hui)發生(sheng)明顯(xian)變化(hua)。具有(you)較小(xiao)導程(cheng)葉輪(lun)的💘傳(chuan)感器(qi),其性(xing)能優(you)于其(qi)它兩(liang)台傳(chuan)感器(qi)。對造(zao)成渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)測量(liang)特性(xing)改變(bian)與誤(wu)差的(de)原因(yin)進行(hang)了分(fen)析讨(tao)論,并(bing)對體(ti)積含(han)氣率(lü)變化(hua)🈲影響(xiang)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器特(te)性的(de)物理(li)機理(li)進行(hang)了分(fen)析。
1引(yin)言
　　以(yi)往人(ren)們對(dui)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器的(de)研究(jiu)多集(ji)中于(yu)單相(xiang)流動(dong)㊙️條✉️件(jian)下的(de)實驗(yan)及理(li)論研(yan)究。但(dan)在氣(qi)液兩(liang)相⛱️流(liu)動條(tiao)件下(xia),由于(yu)氣液(ye)兩相(xiang)間相(xiang)互作(zuo)用和(he)兩相(xiang)界面(mian)複雜(za)多變(bian)等原(yuan)因,人(ren)們應(ying)用渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)測量(liang)氣液(ye)兩相(xiang)流的(de)研究(jiu)還不(bu)多。
　　本(ben)文對(dui)3台具(ju)有不(bu)同導(dao)程葉(ye)輪的(de)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器,用(yong)來測(ce)量體(ti)積含(han)氣率(lü)低于(yu)10%的水(shui)平氣(qi)液兩(liang)相泡(pao)狀流(liu)的特(te)性進(jin)行了(le)實驗(yan)研究(jiu)。提出(chu)儀表(biao)系數(shu)遷移(yi)量;得(de)出不(bu)💘同含(han)氣率(lü)下傳(chuan)㊙️感器(qi)的🈲兩(liang)相流(liu)量特(te)性曲(qu)線與(yu)儀表(biao)系數(shu)遷移(yi)量曲(qu)線;得(de)出葉(ye)輪導(dao)程值(zhi)大小(xiao)影響(xiang)着傳(chuan)感器(qi)❓測量(liang)誤差(cha)值的(de)結論(lun)。最後(hou)對體(ti)積含(han)氣🏃‍♀️率(lü)變化(hua)影響(xiang)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器💞特(te)性的(de)物理(li)機❓理(li)以及(ji)造成(cheng)傳感(gan)器測(ce)量特(te)性💋改(gai)變與(yu)誤差(cha)的原(yuan)因進(jin)行了(le)分析(xi)讨論(lun)。
2實驗(yan)研究(jiu)
　　氣液(ye)兩相(xiang)流實(shi)驗裝(zhuang)置上(shang)進行(hang)，裝置(zhi)見圖(tu)1。本實(shi)驗渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)安裝(zhuang)位置(zhi)距離(li)引射(she)器出(chu)口1.225m。
 
　　描(miao)述葉(ye)輪設(she)計結(jie)構的(de)幾何(he)參數(shu)有多(duo)個,就(jiu)螺旋(xuan)形葉(ye)片⛹🏻‍♀️葉(ye)輪而(er)言,主(zhu)要有(you):葉片(pian)數目(mu)Z、葉片(pian)頂端(duan)半徑(jing)Rt輪毂(gu)半徑(jing)Rh、葉片(pian)導程(cheng)L、葉片(pian)厚♻️度(du)tb、葉片(pian)的倒(dao)角γ、葉(ye)片軸(zhou)向寬(kuan)度Lb。對(dui)編号(hao)分别(bie)爲1#、2#、3#的(de)三台(tai)50mm口徑(jing)渦輪(lun)☎️流量(liang)傳感(gan)器進(jin)行了(le)水平(ping)氣液(ye)兩相(xiang)流特(te)性實(shi)驗,傳(chuan)感器(qi)葉輪(lun)幾何(he)結構(gou)參數(shu),除葉(ye)片數(shu)目Z=6倒(dao)角γ=90°外(wai),其餘(yu)♊參數(shu)見表(biao)1。
 
　　實驗(yan)時，測(ce)量渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)入口(kou)處壓(ya)力穩(wen)定後(hou)的流(liu)量、溫(wen)度💯和(he)壓力(li)值,通(tong)過理(li)想氣(qi)體狀(zhuang)态方(fang)程計(ji)算得(de)到人(ren)口處(chu)工況(kuang)空氣(qi)密度(du)與氣(qi)相體(ti)積流(liu)量。體(ti)積含(han)氣率(lü)由渦(wo)👄輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)人口(kou)處空(kong)氣體(ti)積流(liu)量與(yu)入口(kou)處總(zong)體積(ji)流量(liang)Qm計算(suan)得到(dao)。調節(jie)液相(xiang)調節(jie)閥,将(jiang)液相(xiang)流量(liang)分别(bie)穩定(ding)在12、10.8、6m³/h。然(ran)後逐(zhu)漸增(zeng)大氣(qi)相閥(fa)🐕門開(kai)度。采(cai)用精(jing)🎯度高(gao)數據(ju)采集(ji)闆卡(ka)對每(mei)個流(liu)量點(dian)的過(guo)程參(can)數與(yu)傳感(gan)器脈(mo)⭐沖輸(shu)出采(cai)樣10次(ci),然後(hou)取平(ping)❄️均值(zhi)。
3實驗(yan)結果(guo)
3.1不同(tong)體積(ji)含氣(qi)率下(xia)的流(liu)特性(xing)曲線(xian)
　　在不(bu)同體(ti)積含(han)氣率(lü)下,3台(tai)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器測(ce)量水(shui)平氣(qi)液兩(liang)相流(liu)的特(te)性曲(qu)線見(jian)圖2~4,由(you)圖中(zhong)曲線(xian)可見(jian):
 
(1)在相(xiang)同含(han)氣率(lü)下，每(mei)台渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)儀表(biao)系數(shu)🚶曲🌈線(xian)均🐅基(ji)本🌂保(bao)持水(shui)平,平(ping)均儀(yi)表系(xi)數K.和(he)線性(xing)度誤(wu)差δ見(jian)表2。
(2)随(sui)體積(ji)含氣(qi)率β的(de)增加(jia),3台渦(wo)輪的(de)儀表(biao)系數(shu)K均有(you)減小(xiao)的👄趨(qu)勢🐉。

 
3.2體(ti)積含(han)氣率(lü)與儀(yi)表系(xi)數遷(qian)移量(liang)曲線(xian)
　　通常(chang)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器出(chu)廠用(yong)水标(biao)定,測(ce)量氣(qi)液兩(liang)相流(liu)時,如(ru)果實(shi)際儀(yi)表系(xi)數與(yu)出廠(chang)标定(ding)值偏(pian)差越(yue)小,則(ze)測量(liang)精度(du)會越(yue)高。爲(wei)此引(yin)入儀(yi)表系(xi)數遷(qian)移量(liang)K、來評(ping)價渦(wo)輪流(liu)⚽量傳(chuan)感🈲器(qi)測量(liang)氣液(ye)兩⭐相(xiang)流的(de)性能(neng)，其計(ji)算公(gong)式爲(wei):
 
　　式中(zhong):K0爲渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)用單(dan)相水(shui)流量(liang)标定(ding)得出(chu)㊙️的🎯儀(yi)表系(xi)數。Kv随(sui)β變化(hua)曲線(xian)見圖(tu)5。由圖(tu)5可見(jian):随着(zhe)β的增(zeng)加,3台(tai)傳感(gan)器的(de)Kv值均(jun)增加(jia);在相(xiang)同含(han)氣率(lü)下,2#傳(chuan)感器(qi)👨‍❤️‍👨的K,值(zhi)最✉️小(xiao)，1#傳感(gan)器的(de)K,值最(zui)大,3#傳(chuan)感器(qi)的K,值(zhi)介于(yu)1#與2#之(zhi)間。
 
3.3儀(yi)表系(xi)數随(sui)混合(he)密度(du)變化(hua)的曲(qu)線
　　混(hun)合密(mi)度采(cai)用流(liu)動密(mi)度計(ji)算方(fang)法,即(ji)ρm=pvβ+ρ1(1-β)。Pg爲氣(qi)體密(mi)度,ρt爲(wei)水密(mi)度。Kv随(sui)pm變化(hua)曲線(xian)見圖(tu)6。
3.4不同(tong)含氣(qi)率下(xia)傳感(gan)器的(de)重複(fu)性誤(wu)差
　　按(an)照渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)檢定(ding)規程(cheng)(81計算(suan)不同(tong)體積(ji)含氣(qi)率🈚下(xia)3台✊傳(chuan)感器(qi)的重(zhong)複性(xing)誤差(cha),見表(biao)3。由表(biao)中數(shu)據可(ke)知:在(zai)兩相(xiang)體積(ji)流量(liang)近似(si)相等(deng)的情(qing)況下(xia)，重複(fu)性誤(wu)差的(de)大小(xiao)明顯(xian)受含(han)氣率(lü)多少(shao)的影(ying)💘響,随(sui)着含(han)氣率(lü)的增(zeng)加,重(zhong)複性(xing)誤差(cha)明顯(xian)增大(da);對于(yu)每台(tai)傳感(gan)器,在(zai)相同(tong)含氣(qi)率下(xia),兩相(xiang)混❤️合(he)體積(ji)流量(liang)Qm越大(da),重複(fu)性誤(wu)差越(yue)小。
 
3.5實(shi)驗結(jie)論
　　由(you)圖5和(he)圖6曲(qu)線可(ke)得出(chu)初步(bu)結論(lun):2#傳感(gan)器K,值(zhi)小于(yu)1#與3#傳(chuan)☂️感器(qi);由表(biao)3數據(ju)可得(de)到初(chu)步結(jie)論:在(zai)含氣(qi)率相(xiang)同時(shi),随着(zhe)氣液(ye)兩相(xiang)流量(liang)的降(jiang)低，傳(chuan)感器(qi)重複(fu)性誤(wu)差增(zeng)大;在(zai)❤️相同(tong)流📞體(ti)條件(jian)下,2#傳(chuan)感器(qi)測量(liang)重複(fu)性誤(wu)差優(you)于1#與(yu)3#傳感(gan)器的(de)重複(fu)性誤(wu)差。
4誤(wu)差原(yuan)因的(de)機理(li)分析(xi)
　　葉輪(lun)受力(li)分析(xi)見圖(tu)7,u爲來(lai)流速(su)度,Ɩ爲(wei)葉片(pian)長度(du),ω爲葉(ye)輪旋(xuan)轉角(jiao)速度(du)。Fa、F1分别(bie)爲流(liu)體對(dui)葉輪(lun)的軸(zhou)向力(li)和圓(yuan)🤩周力(li),FR爲二(er)者的(de)合力(li);Fg、Fy分别(bie)爲FR在(zai)與葉(ye)片平(ping)行方(fang)向上(shang)的分(fen)量和(he)與葉(ye)☂️片垂(chui)直方(fang)向上(shang)的分(fen)量,稱(cheng)Fs爲葉(ye)輪阻(zu)力,Fy爲(wei)葉輪(lun)‼️升力(li)。
　　由于(yu)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器的(de)葉輪(lun)在穩(wen)定工(gong)作條(tiao)件下(xia)滿足(zu)力矩(ju)平衡(heng)方程(cheng),其特(te)性曲(qu)線受(shou)流體(ti)密度(du)的影(ying)響。混(hun)合流(liu)🐪體密(mi)🈚度随(sui)⭕着含(han)氣率(lü)的增(zeng)加而(er)減小(xiao)，使流(liu)體産(chan)生驅(qu)動葉(ye)輪旋(xuan)轉的(de)升力(li)(Fy)矩減(jian)小,葉(ye)輪轉(zhuan)速降(jiang)低,儀(yi)表系(xi)數降(jiang)低。這(zhe)是導(dao)緻傳(chuan)感器(qi)儀表(biao)💋系數(shu)遷移(yi)量增(zeng)大的(de)一個(ge)原因(yin)。
 
　　當氣(qi)液兩(liang)相泡(pao)狀流(liu)經過(guo)葉輪(lun)時，氣(qi)泡被(bei)葉片(pian)剪切(qie)📞成微(wei)小氣(qi)泡,在(zai)旋轉(zhuan)離心(xin)力的(de)作用(yong)下,這(zhe)些小(xiao)氣泡(pao)聚集(ji)在葉(ye)片的(de)吸力(li)❗面側(ce)[9]，形成(cheng)一個(ge)氣泡(pao)聚集(ji)區。聚(ju)集區(qu)中的(de)氣泡(pao)對流(liu)體的(de)流動(dong)💰起阻(zu)礙作(zuo)用,根(gen)據作(zuo)用力(li)與反(fan)作用(yong)力的(de)關系(xi),相當(dang)于增(zeng)加了(le)流體(ti)對葉(ye)片在(zai)平行(hang)葉片(pian)方向(xiang)上的(de)作用(yong)力,F。相(xiang)比沒(mei)有氣(qi)泡時(shi)有所(suo)增加(jia),即㊙️變(bian)爲Fs',葉(ye)輪升(sheng)力Fy與(yu)Fs'的合(he)力爲(wei)FR',其圓(yuan)☔周方(fang)向分(fen)量爲(wei)♈Ft',Ft'與Ft相(xiang)比有(you)所減(jian)小。所(suo)以,葉(ye)輪轉(zhuan)速有(you)所降(jiang)🌈低,即(ji)葉輪(lun)的旋(xuan)轉效(xiao)應被(bei)減弱(ruo)。當含(han)氣率(lü)增加(jia)時，氣(qi)泡聚(ju)集區(qu)内的(de)氣泡(pao)增加(jia),對葉(ye)輪的(de)阻力(li)增大(da),對葉(ye)輪旋(xuan)轉效(xiao)應減(jian)弱✨的(de)效果(guo)增強(qiang)，使葉(ye)輪轉(zhuan)速降(jiang)低,傳(chuan)感器(qi)儀表(biao)系數(shu)降低(di)。這是(shi)導緻(zhi)傳感(gan)器儀(yi)表系(xi)數遷(qian)移量(liang)⭐增大(da)的另(ling)-一個(ge)原因(yin)。
 
　　根據(ju)速度(du)剖面(mian)理論(lun),氣液(ye)兩相(xiang)流水(shui)平流(liu)經管(guan)道時(shi)，氣‼️液(ye)❌兩相(xiang)⭐速度(du)剖面(mian)已不(bu)再象(xiang)單相(xiang)時速(su)度剖(pou)面那(na)樣對(dui)稱分(fen)🤞布于(yu)管道(dao)内部(bu)，兩相(xiang)流中(zhong)的部(bu)分氣(qi)泡在(zai)浮力(li)的作(zuo)用下(xia)✍️運動(dong)到🏃‍♀️管(guan)道上(shang)方，管(guan)道上(shang)部由(you)于氣(qi)🆚泡的(de)存在(zai)增強(qiang)了脈(mo)動速(su)度與(yu)瑞流(liu)強度(du)10)。在含(han)氣率(lü)💁近似(si)相同(tong)時,這(zhe)種由(you)于氣(qi)泡的(de)存在(zai)引🆚起(qi)的脈(mo)動速(su)🐕度與(yu)湍流(liu)強度(du)增強(qiang)的程(cheng)度,受(shou)兩相(xiang)流體(ti)速度(du)的影(ying)響,即(ji)在含(han)氣率(lü)相同(tong)時,兩(liang)相流(liu)體速(su)度越(yue)小，氣(qi)泡的(de)存在(zai)引起(qi)的脈(mo)動速(su)度與(yu)湍流(liu)強度(du)越✔️強(qiang)，這也(ye)最終(zhong)加劇(ju)了氣(qi)液兩(liang)相速(su)度剖(pou)面不(bu)對稱(cheng)的程(cheng)度。由(you)于渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)對來(lai)流的(de)速度(du)剖面(mian)比較(jiao)🍉敏感(gan),氣泡(pao)的存(cun)在引(yin)起的(de)脈動(dong)速度(du)以👨‍❤️‍👨及(ji)來流(liu)速度(du)剖面(mian)的不(bu)對稱(cheng)🔞導緻(zhi)葉輪(lun)的每(mei)個葉(ye)片所(suo)受到(dao)的升(sheng)力Fy與(yu)阻力(li)Fs存在(zai)差異(yi),這種(zhong)差異(yi)使旋(xuan)轉的(de)葉📞輪(lun)在某(mou)轉速(su)附近(jin)🤩産生(sheng)波動(dong),最終(zhong)導緻(zhi)✂️傳感(gan)器重(zhong)複性(xing)誤差(cha)的增(zeng)大。這(zhe)❓就是(shi)同--傳(chuan)感器(qi)在相(xiang)同含(han)氣率(lü)下,其(qi)重複(fu)性誤(wu)差随(sui)來流(liu)的體(ti)積流(liu)量的(de)減小(xiao)而增(zeng)大的(de)原因(yin)♋。
　　對于(yu)導程(cheng)小、安(an)裝角(jiao)大的(de)葉片(pian)來說(shuo),在相(xiang)同條(tiao)件流(liu)體的(de)沖擊(ji)下,其(qi)葉輪(lun)升力(li)F,矩大(da)于大(da)導程(cheng)葉輪(lun)升力(li)🔞矩,其(qi)葉輪(lun)旋轉(zhuan)速度(du)更快(kuai)🔴,其葉(ye)輪的(de)陀螺(luo)效應(ying)相對(dui)🌈更強(qiang),抵抗(kang)由于(yu)氣泡(pao)存🛀在(zai)引起(qi)的脈(mo)動🥵速(su)度和(he)來流(liu)速度(du)剖面(mian)的不(bu)對稱(cheng)導緻(zhi)葉輪(lun)的轉(zhuan)動速(su)度産(chan)生波(bo)✏️動的(de)能力(li)更強(qiang)一些(xie)。這就(jiu)是2#傳(chuan)感器(qi)儀🥵表(biao)系數(shu)遷移(yi)量以(yi)及重(zhong)複😘性(xing)❤️誤差(cha)優于(yu)1#與3#傳(chuan)感器(qi)的原(yuan)因。
5結(jie)論
　　對(dui)3台具(ju)有不(bu)同導(dao)程葉(ye)輪的(de)50mm口徑(jing)渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器進(jin)☎️行了(le)含氣(qi)率爲(wei)0%~9.8%的水(shui)平氣(qi)液兩(liang)相流(liu)實驗(yan),由傳(chuan)感器(qi)特性(xing)曲線(xian)分析(xi)及🔴誤(wu)差分(fen)析可(ke)以得(de)到以(yi)下結(jie)論:
(1)渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感器(qi)測量(liang)氣液(ye)兩相(xiang)流時(shi),與測(ce)量單(dan)相水(shui)流量(liang)🔞相比(bi)其儀(yi)表系(xi)數遷(qian)移量(liang)随體(ti)積含(han)氣率(lü)的增(zeng)加而(er)逐漸(jian)增加(jia)。其原(yuan)因是(shi):随含(han)氣率(lü)的增(zeng)加,混(hun)合流(liu)體密(mi)度減(jian)小,流(liu)體驅(qu)動葉(ye)輪旋(xuan)轉的(de)力矩(ju)減小(xiao);同時(shi),随含(han)氣率(lü)增加(jia),氣泡(pao)聚集(ji)區内(nei)的氣(qi)泡增(zeng)加,對(dui)葉輪(lun)的阻(zu)力增(zeng)大,葉(ye)輪旋(xuan)轉效(xiao)應減(jian)弱。從(cong)而葉(ye)輪轉(zhuan)速🌈和(he)傳感(gan)器儀(yi)💞表系(xi)數降(jiang)低。
(2)在(zai)相同(tong)含氣(qi)率下(xia),兩相(xiang)體積(ji)流量(liang)越小(xiao)，渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器的(de)📐重複(fu)性誤(wu)差越(yue)大。其(qi)原因(yin)是:由(you)于渦(wo)輪流(liu)量傳(chuan)感🤟器(qi)對來(lai)流的(de)速度(du)剖面(mian)比較(jiao)敏感(gan),氣泡(pao)的存(cun)在引(yin)起的(de)脈動(dong)速度(du)以及(ji)來流(liu)速度(du)剖面(mian)的不(bu)對稱(cheng)導緻(zhi)葉輪(lun)的每(mei)個葉(ye)片所(suo)受到(dao)的升(sheng)力與(yu)阻🌈力(li)存在(zai)差♊異(yi)，這種(zhong)差異(yi)使旋(xuan)轉的(de)葉輪(lun)在某(mou)轉速(su)附近(jin)産生(sheng)波動(dong)。
(3)具有(you)小導(dao)程、大(da)安裝(zhuang)角葉(ye)輪的(de)2#渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器的(de)儀表(biao)系數(shu)♉遷移(yi)量與(yu)重複(fu)性誤(wu)差優(you)于1#與(yu)3#傳感(gan)器.在(zai)相同(tong)條件(jian)流體(ti)的沖(chong)擊下(xia),測量(liang)精度(du)受氣(qi)液兩(liang)相流(liu)⛱️中的(de)氣相(xiang)影響(xiang)的程(cheng)度相(xiang)對小(xiao)一些(xie)。

本文(wen)來源(yuan)于網(wang)絡,如(ru)有侵(qin)權聯(lian)系即(ji)删除(chu)！