摘要(yao):多工況(kuang)下渦輪(lun)流量計(ji) 标定曲(qu)線之間(jian)的差異(yi)性問題(ti)一直受(shou)到儀表(biao)研究者(zhe)的關注(zhu)。在天然(ran)氣貿易(yi)交接過(guo)程中,渦(wo)輪流量(liang)計在常(chang)壓空氣(qi)下的檢(jian)定結論(lun)和标定(ding)數據能(neng)否應用(yong)于高壓(ya)工況一(yi)直存在(zai)争議。爲(wei)了對比(bi)多工況(kuang)下渦輪(lun)流量計(ji)的标定(ding)曲線,使(shi)用高壓(ya)空氣環(huan)道流量(liang)标準裝(zhuang)置，在1.6~5.0MPa之(zhi)間3個工(gong)作壓力(li)下對渦(wo)輪流量(liang)計進行(hang)了标定(ding),3條标定(ding)曲線在(zai)低雷諾(nuo)數區域(yu)出現明(ming)顯的分(fen)散,标定(ding)數據最(zui)大相差(cha)0.65%。随着雷(lei)諾數增(zeng)加,3條标(biao)定曲線(xian)逐漸接(jie)近，最終(zhong)标定數(shu)據之間(jian)的差異(yi)不超過(guo)0.2%。應用渦(wo)輪流量(liang)計物理(li)模型的(de)函數形(xing)式分析(xi)并解釋(shi)了标定(ding)曲線簇(cu)的形态(tai)。結果表(biao)明，軸承(cheng)阻力是(shi)導緻标(biao)定曲線(xian)分散的(de)原因,而(er)随着雷(lei)諾數的(de)增加，僅(jin)和雷諾(nuo)數有關(guan)的流體(ti)粘性阻(zu)滞力矩(ju)逐漸成(cheng)爲阻滞(zhi)力矩的(de)主要部(bu)分，因而(er)多個工(gong)況下标(biao)定曲線(xian)趨于聚(ju)合。變粘(zhan)度液體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)标定實(shi)驗也可(ke)以觀察(cha)到類似(si)的曲線(xian)簇形态(tai),這表明(ming)标定曲(qu)線的分(fen)散與聚(ju)合和流(liu)體的運(yun)動粘度(du)有關。标(biao)定曲線(xian)的聚合(he)減弱了(le)工況條(tiao)件引起(qi)的物性(xing)變化對(dui)渦輪流(liu)量計精(jing)度的影(ying)響，如果(guo)渦輪流(liu)量計能(neng)夠在高(gao)雷諾數(shu)下保持(chi)良好的(de)線性度(du),就可以(yi)将其很(hen)好地應(ying)用于多(duo)工況的(de)測量工(gong)作。
0引言(yan)
　　現代化(hua)生産、油(you)氣貿易(yi)、醫療衛(wei)生等衆(zhong)多領域(yu)要求準(zhun)确測量(liang)流動介(jie)質的流(liu)量。渦輪(lun)流量計(ji)因其計(ji)量精度(du)高，重複(fu)性好,耐(nai)高壓,很(hen)強的抗(kang)幹擾能(neng)力，測量(liang)範圍寬(kuan)印等優(you)點被廣(guang)泛應用(yong)。自1790年ReinhardWoltman發(fa)明第一(yi)台渦輪(lun)流量計(ji)以來.流(liu)量計制(zhi)造商和(he)儀器儀(yi)表科研(yan)院所在(zai)提高渦(wo)輪流量(liang)計測量(liang)性能方(fang)面作了(le)大量的(de)工作。改(gai)進葉輪(lun)葉片的(de)結構、尺(chi)寸和材(cai)質,優化(hua)傳感器(qi)性能一(yi)直都是(shi)渦輪流(liu)量計的(de)研究重(zhong)點。
　　渦輪(lun)流量計(ji)的缺點(dian)之一是(shi)需要定(ding)期(一般(ban)爲兩年(nian))校準以(yi)保持其(qi)測量準(zhun)确性;另(ling)一個缺(que)點是,即(ji)使在标(biao)定和使(shi)用過程(cheng)中都使(shi)用同一(yi)介質,由(you)于工況(kuang)條件(壓(ya)力，溫度(du)，粘度)改(gai)變引起(qi)的物性(xing)變化對(dui)渦輪流(liu)量計精(jing)度有不(bu)同程度(du)的影響(xiang),技術人(ren)員不得(de)不針對(dui)現場工(gong)況增加(jia)額外的(de)校準工(gong)作。例如(ru)，在石油(you)、天然氣(qi)的貿易(yi)交接中(zhong),一旦管(guan)道中的(de)物質或(huo)物性發(fa)生明顯(xian)變化，需(xu)要在現(xian)場重新(xin)标定渦(wo)輪流量(liang)計。又如(ru),爲了使(shi)渦輪流(liu)量計适(shi)用于多(duo)種粘性(xing)差異很(hen)大的烴(ting)類燃料(liao),有的校(xiao)準實驗(yan)室維護(hu)着多個(ge)流量标(biao)準裝置(zhi),每個裝(zhuang)置使用(yong)不同粘(zhan)度的流(liu)體介質(zhi),有的校(xiao)準實驗(yan)室建立(li)了以溶(rong)液配比(bi)調節或(huo)溫度調(diao)節爲基(ji)本手段(duan)的變粘(zhan)度試驗(yan)台。 氣體(ti)渦輪流(liu)量計 制(zhi)造商一(yi)般提供(gong)的是常(chang)壓空氣(qi)下的檢(jian)定或校(xiao)準證書(shu)，檢定結(jie)論或校(xiao)準數據(ju)是否适(shi)用于城(cheng)市管網(wang)和地區(qu)輸配氣(qi)幹線_上(shang)的中 高(gao)壓天然(ran)氣渦輪(lun)流量計(ji) 一直存(cun)在争議(yi)。因此，渦(wo)輪流量(liang)計在不(bu)同介質(zhi),不同工(gong)況下的(de)标定曲(qu)線存在(zai)差異受(shou)到儀器(qi)儀表和(he)流量測(ce)量學術(shu)界的關(guan)注。本文(wen)使用高(gao)壓空氣(qi)環道流(liu)量标準(zhun)裝置标(biao)定渦輪(lun)流量計(ji),獲得多(duo)個壓力(li)工況下(xia)标定曲(qu)線簇的(de)形态，通(tong)過一個(ge)渦輪流(liu)量計物(wu)理模型(xing)的函數(shu)形式爲(wei)不同工(gong)況下标(biao)定曲線(xian)的差異(yi)性變化(hua)趨勢提(ti)供合理(li)的解釋(shi)。
1常壓空(kong)氣與高(gao)壓天然(ran)氣标定(ding)結果對(dui)比
　　2015年至(zhi)2018年，上海(hai)市計量(liang)測試技(ji)術研究(jiu)院使用(yong)常壓空(kong)氣流量(liang)标準裝(zhuang)置(量程(cheng)2~4500m3/h,相對擴(kuo)展不确(que)定Urel=0.16%,k=2))對32台(tai)進口渦(wo)輪流量(liang)計實施(shi)檢定,流(liu)量計入(ru)關前都(dou)經過德(de)國國家(jia)高壓天(tian)然氣流(liu)量标準(zhun)裝置(量(liang)程3~6500m³/h,相對(dui)擴展不(bu)确定度(du)Urel=0.12%,k=2)的實流(liu)标定。常(chang)壓空氣(qi)流量标(biao)準裝置(zhi)的量值(zhi)溯源到(dao)中國氣(qi)體流量(liang)國家基(ji)準，德國(guo)國家高(gao)壓天然(ran)氣流量(liang)标準裝(zhuang)置使用(yong)的流量(liang)标準值(zhi)是荷蘭(lan)法國-德(de)國協同(tong)參考值(zhi)(harmonizedreferencevalue)。根據流(liu)量計的(de)型号規(gui)格以及(ji)标定時(shi)的工況(kuang)壓力,将(jiang)32台流量(liang)計分爲(wei)4組,對應(ying)的工作(zuo)介質及(ji)其物理(li)性質如(ru)表1所示(shi)。标定數(shu)據經彙(hui)總整理(li)後繪制(zhi)成體積(ji)流量-誤(wu)差曲線(xian)，如圖1所(suo)示。
 
　　圖1所(suo)示的點(dian)對點誤(wu)差對比(bi)表明，對(dui)于不同(tong)的流量(liang)計規格(ge),兩個壓(ya)力工況(kuang)下标定(ding)曲線之(zhi)間的差(cha)異各不(bu)相同,有(you)的差異(yi)不大,例(li)如圖1(c)所(suo)示的差(cha)距甚至(zhi)小于0.2%;有(you)的差異(yi)超過1%,且(qie)标定曲(qu)線的形(xing)狀也完(wan)全不同(tong),如圖1(d)所(suo)示。由于(yu)中德兩(liang)套标準(zhun)裝置均(jun)經過嚴(yan)格的量(liang)值溯源(yuan)、穩定性(xing)考核以(yi)及國家(jia)、地域之(zhi)間的量(liang)值比對(dui),可以排(pai)除由于(yu)系統誤(wu)差導緻(zhi)的測量(liang)結果差(cha)異。通過(guo)比較中(zhong)德兩套(tao)标準裝(zhuang)置的介(jie)質物性(xing)可知，即(ji)使介質(zhi)的動力(li)粘度相(xiang)近，高壓(ya)天然氣(qi)的密度(du)與常壓(ya)空氣的(de)密度存(cun)在數十(shi)倍的差(cha)異,因而(er)以體積(ji)流量來(lai)對比兩(liang)個工況(kuang)下的誤(wu)差不符(fu)合流動(dong)相似準(zhun)則的要(yao)求,即不(bu)具備可(ke)比性。
 
 
　　圖(tu)2所示爲(wei)。上述渦(wo)輪流量(liang)計基于(yu)雷諾數(shu)(Reynoldsnumber,Re)的誤差(cha)對比。由(you)于渦輪(lun)流量計(ji)一般是(shi)以體積(ji)流量标(biao)稱其量(liang)程範圍(wei)，轉化到(dao)雷諾數(shu)後，常壓(ya)下雷諾(nuo)數量程(cheng)與高壓(ya)下雷諾(nuo)數量程(cheng)存在間(jian)隔,兩個(ge)工況壓(ya)力相差(cha)越小，間(jian)隔區間(jian)越小，常(chang)壓雷諾(nuo)數上限(xian)的誤差(cha)與高壓(ya)雷諾數(shu)下限的(de)誤差越(yue)接近，圖(tu)2(b)與圖2(c)中(zhong)兩者相(xiang)差分别(bie)爲0.24%和0.05%，可(ke)以認爲(wei)流量計(ji)的誤差(cha)幾乎随(sui)雷諾數(shu)連續變(bian)化。圖2中(zhong)兩條誤(wu)差曲線(xian)沒有重(zhong)疊或交(jiao)集，意味(wei)着流量(liang)計分别(bie)工作在(zai)不同的(de)流動特(te)征區域(yu)，無法進(jin)行常壓(ya)空氣與(yu)高壓天(tian)然氣之(zhi)間的點(dian)對點誤(wu)差對比(bi)。因此，需(xu)要增加(jia)高壓空(kong)氣下的(de)标定實(shi)驗。
 
 
 
2高壓(ya)空氣環(huan)道流量(liang)标準裝(zhuang)置
　　一台(tai)經過常(chang)壓空氣(qi)标定的(de)DN100渦輪流(liu)量計分(fen)别在高(gao)壓空氣(qi)環道流(liu)量标準(zhun)裝置(如(ru)圖3所示(shi))和德國(guo)國家高(gao)壓天然(ran)氣流量(liang)标準裝(zhuang)置(工作(zuo)壓力5.1MPa)上(shang)接受标(biao)定。
 
　　高壓(ya)空氣環(huan)道流量(liang)标準裝(zhuang)置的量(liang)程爲13~4000m³/h,相(xiang)對擴展(zhan)不确定(ding)度U。=0.25%(k=2)，并聯(lian)使用一(yi)台DN80氣體(ti)容積式(shi)流量計(ji)(量程:13~250m³/h)，一(yi)台DN200渦輪(lun)流量計(ji)(量程:800~1600m³/h)和(he)一台DN250渦(wo)輪流量(liang)計(量程(cheng):130~2500m³/h)作爲主(zhu)标準器(qi)。裝置通(tong)過高壓(ya)循環壓(ya)縮機驅(qu)動閉環(huan)回路中(zhong)的介質(zhi)氣體實(shi)現所需(xu)的流量(liang)，工作壓(ya)力調節(jie)範圍0.4~5.0MPa.系(xi)統外置(zhi)制冷機(ji)組和循(xun)環冷卻(que)機，通過(guo)閉環回(hui)路中的(de)熱交換(huan)器将每(mei)次标定(ding)循環使(shi)用的氣(qi)體溫度(du)變化控(kong)制在0.2℃以(yi)内。此外(wai),裝置還(hai)配備了(le)超聲流(liu)量計用(yong)于主标(biao)準器的(de)在線核(he)查。
3結果(guo)與分析(xi)
3.1多工況(kuang)下的标(biao)定結果(guo)
　　4個工況(kuang)下的标(biao)定結果(guo)如圖4所(suo)示，誤差(cha)棒用各(ge)個裝置(zhi)的相對(dui)測量不(bu)确定度(du)表示。0.1MPa常(chang)壓空氣(qi)的上限(xian)雷諾數(shu)和2.6MPa高壓(ya)空氣的(de)下限雷(lei)諾數比(bi)較接近(jin)，各自對(dui)應的誤(wu)差相差(cha)0.24%。4個壓力(li)工況(0.1.1.6、2.6和(he)5.1MPa)下的标(biao)定曲線(xian)包含3段(duan)明顯的(de)雷諾數(shu)重疊區(qu)域,區域(yu)内兩兩(liang)曲線之(zhi)間的差(cha)異小于(yu)0.2%，而且2.6MPa空(kong)氣與高(gao)壓天然(ran)氣(5.1MPa)的标(biao)定曲線(xian)更爲接(jie)近，點對(dui)點差異(yi)甚至小(xiao)于0.1%。由于(yu)3個工況(kuang)(常壓、高(gao)壓空氣(qi)和天然(ran)氣)下的(de)實驗相(xiang)互獨立(li)，标定數(shu)據兩兩(liang)之間的(de)差異小(xiao)于裝置(zhi)間的合(he)成擴展(zhan)不确定(ding)度，說明(ming)渦輪流(liu)量計标(biao)定曲線(xian)随雷諾(nuo)數變化(hua)，而且随(sui)着工況(kuang)壓力增(zeng)加，标定(ding)曲線保(bao)持連續(xu)性延拓(tuo)。當Re>2.95x104,各個(ge)工況的(de)标定數(shu)據之間(jian)的差異(yi)不超過(guo)0.30%，如圖4帶(dai)狀區域(yu)所示，且(qie)随着雷(lei)諾數增(zeng)加,這種(zhong)差異呈(cheng)現出逐(zhu)漸縮小(xiao)的趨勢(shi)，曲線也(ye)逐漸相(xiang)互接近(jin)。基于渦(wo)輪流量(liang)計在高(gao)雷諾數(shu)區域表(biao)現出的(de)這一特(te)性，技術(shu)人員就(jiu)能夠以(yi)較高的(de)置信度(du)估計出(chu)流量計(ji)在其他(ta)相近工(gong)況壓力(li)下的誤(wu)差。
 
　　需要(yao)指出的(de)是，上述(shu)實驗是(shi)在流量(liang)計制造(zao)商限定(ding)的體積(ji)流量量(liang)程内進(jin)行,僅在(zai)部分雷(lei)諾數重(zhong)疊區存(cun)在誤差(cha)的點對(dui)點比較(jiao)，爲了擴(kuo)大比較(jiao)範圍，有(you)必要将(jiang)标定實(shi)驗拓展(zhan)到流量(liang)計量程(cheng)的下限(xian)以下。爲(wei)此，在高(gao)壓空氣(qi)環道流(liu)量标準(zhun)裝置的(de)3個工況(kuang)(1.6.3.2.5.0MPa)下對一(yi)台DN150的渦(wo)輪流量(liang)計進行(hang)多點标(biao)定，結果(guo)如圖5所(suo)示。
　　渦輪(lun)流量計(ji)在始動(dong)階段需(xu)要克服(fu)機械阻(zu)力所産(chan)生的制(zhi)動轉矩(ju)，因而标(biao)定曲線(xian)都是從(cong)負偏差(cha)開始向(xiang)正偏差(cha)方向延(yan)伸。在雷(lei)諾數的(de)低區各(ge)個工況(kuang)數據之(zhi)間呈現(xian)出明顯(xian)的分散(san)性,且工(gong)況壓力(li)相差越(yue)大，分散(san)性特征(zheng)越顯著(zhe),點對點(dian)誤差比(bi)較最大(da)相差約(yue)爲0.65%。随着(zhe)雷諾數(shu)上升，不(bu)同工況(kuang)壓力下(xia)的數據(ju)點逐漸(jian)接近，趨(qu)于收斂(lian)，如圖5中(zhong)兩條輪(lun)廓虛線(xian)所示，最(zui)終點對(dui)點誤差(cha)比較僅(jin)有0.1%的差(cha)異。
 
3.2渦輪(lun)流量計(ji)物理模(mo)型的函(han)數形式(shi)
　　使用不(bu)同粘度(du)液體的(de)渦輪流(liu)量計标(biao)定實驗(yan)也可以(yi)觀察到(dao)标定曲(qu)線的分(fen)散現象(xiang)。例如，同(tong)一流量(liang)計在航(hang)空燃料(liao)(μ=1.2x10-6m2/s)和液壓(ya)油(μ=16x10-6m2/s~100x10-6m2/s)下的(de)标定曲(qu)線會相(xiang)差0.6%~2.2%8每一(yi)種粘度(du)介質對(dui)應不同(tong)的标定(ding)曲線，除(chu)非流量(liang)計在某(mou)個指定(ding)并且恒(heng)定粘度(du)的介質(zhi)下工作(zuo)，否則，用(yong)戶要想(xiang)獲得.正(zheng)确的測(ce)量結果(guo)，不得不(bu)依賴于(yu)變粘度(du)試驗台(tai)。爲了克(ke)服這個(ge)困難，研(yan)究人員(yuan)引入了(le)通用粘(zhan)度曲線(xian)(universalviscositycurve,UVC)回,使用(yong)儀表系(xi)數K,(單位(wei)體積流(liu)體通過(guo)流量計(ji)時，流量(liang)計輸出(chu)的脈沖(chong)數)與ƒ/v(流(liu)量計輸(shu)出頻率(lü)與介質(zhi)運動粘(zhan)度之比(bi))的關系(xi)繪制标(biao)定曲線(xian)，該方法(fa)将體積(ji)流量qv用(yong)流量計(ji)輸出頻(pin)率f來表(biao)示，使用(yong)ƒ/v來歸并(bing)體積流(liu)量和運(yun)動粘度(du)，如式(1)所(suo)示，通用(yong)粘度曲(qu)線本質(zhi)上反映(ying)了流量(liang)計靈敏(min)度與雷(lei)諾數的(de)關系:
 
d是(shi)渦輪流(liu)量計的(de)口徑。将(jiang)不同粘(zhan)度下流(liu)量計的(de)标定數(shu)據繪制(zhi)在一張(zhang)圖内,形(xing)成一條(tiao)平滑的(de)标定曲(qu)線.那麽(me)該标定(ding)曲線就(jiu)可以适(shi)用多種(zhong)粘度,精(jing)度在+0.5%以(yi)内。但是(shi)通，用粘(zhan)度曲線(xian)僅适用(yong)于雷諾(nuo)數相關(guan)區域,在(zai)該區域(yu)内渦輪(lun)流量計(ji)的示值(zhi)誤差(或(huo)儀表系(xi)數)隻與(yu)雷諾數(shu)有關,而(er)在适用(yong)範圍之(zhi)外,就會(hui)出現随(sui)粘度變(bian)化的分(fen)散性特(te)征。
　　從上(shang)述分析(xi)可知，影(ying)響渦輪(lun)流量計(ji)精度的(de)相關特(te)性是介(jie)質的運(yun)動粘度(du),而不是(shi)動力粘(zhan)度。Lee等[10-41和(he)Rubin等[12通過(guo)動量和(he)機翼理(li)論确定(ding)了流體(ti)阻力矩(ju),由于當(dang)時研究(jiu)對象是(shi)氣體，在(zai)量程的(de)高區部(bu)分,氣體(ti)動力粘(zhan)度變化(hua)的影響(xiang)很小，于(yu)是他們(men)簡化了(le)軸承阻(zu)力矩的(de)影響，并(bing)認爲其(qi)在所研(yan)究的雷(lei)諾數範(fan)圍内保(bao)持不變(bian),他們的(de)标定數(shu)據表明(ming),儀表系(xi)數是雷(lei)諾數的(de)近似線(xian)性函數(shu)。當把Lee的(de)模型應(ying)用到液(ye)體時,卻(que)無法解(jie)釋爲何(he)在低雷(lei)諾數範(fan)圍,流量(liang)計在不(bu)同粘度(du)介質下(xia)的标定(ding)曲線出(chu)現分散(san)。[13][14]Pope等和Wright等(deng)在研究(jiu)丙二醇(chun)水混合(he)物替代(dai)Stoddard輕質礦(kuang)物油作(zuo)爲渦輪(lun)流量計(ji)的校準(zhun)介質時(shi)擴展.了(le)Lee模型.把(ba)軸承阻(zu)力矩引(yin)入對理(li)想流量(liang)計儀表(biao)系數K;(rad/m')的(de)修正,将(jiang)基于角(jiao)頻率o(rad/s)的(de)流量計(ji)儀表系(xi)數Kw(rad/m2)表示(shi)爲:
 
　　式(5)中(zhong)4個含待(dai)定系數(shu)的修正(zheng)項依次(ci)分别爲(wei):流體阻(zu)力項，軸(zhou)承靜态(tai)阻力項(xiang)，軸承粘(zhan)性阻力(li)項,以及(ji)由于軸(zhou)向推力(li)和轉子(zi)系統的(de)動态不(bu)平衡引(yin)起的軸(zhou)承阻力(li)項。最後(hou)一項影(ying)響很小(xiao)，可以忽(hu)略不計(ji)。在研究(jiu)中高壓(ya)氣體渦(wo)輪流量(liang)計時考(kao)慮到軸(zhou)與軸承(cheng)之間的(de)潤滑油(you)處于層(ceng)流狀态(tai)，認爲渦(wo)輪軸承(cheng)阻力矩(ju)與其渦(wo)輪旋轉(zhuan)角速度(du)呈一階(jie)線性關(guan)系,他們(men)在“渦輪(lun)減速”實(shi)驗中發(fa)現,軸承(cheng)阻力對(dui)渦輪流(liu)量計的(de)影響在(zai)低雷諾(nuo)數下尤(you)其明顯(xian),基于實(shi)驗數據(ju),提出了(le)以下的(de)模型:
 
3.3分(fen)析與解(jie)釋
　　由式(shi)(5)~(7)可知,無(wu)論工作(zuo)介質是(shi)液體還(hai)是氣體(ti)，渦輪流(liu)量計的(de)标定誤(wu)差模型(xing)都包括(kuo)兩部分(fen),僅和雷(lei)諾數有(you)關的流(liu)體阻力(li)項,和體(ti)積流量(liang)qv有關的(de)軸承阻(zu)力項。Lee的(de)研究工(gong)作忽略(lue)了介質(zhi)的運動(dong)粘度對(dui)軸承阻(zu)力矩的(de)影響,按(an)照Lee的原(yuan)始模型(xing),隻要雷(lei)諾數相(xiang)同,無論(lun)動力粘(zhan)度(對于(yu)液體)、工(gong)作壓力(li)(對于氣(qi)體)如何(he)變化，僅(jin)考慮流(liu)體粘性(xing)阻力的(de)标定曲(qu)線一定(ding)不會出(chu)現分散(san),而軸承(cheng)阻力項(xiang)恰怡是(shi)造成曲(qu)線分散(san)的原因(yin),對于液(ye)體介質(zhi)，不同的(de)動力粘(zhan)度導緻(zhi)曲線分(fen)散。對于(yu)氣體,需(xu)要進--步(bu)分析式(shi)(5)~(7)中的軸(zhou)承阻力(li)項。由式(shi)(1)可知，雷(lei)諾數通(tong)過運動(dong)粘度關(guan)聯體積(ji)流量,将(jiang)式(5)~(7)中代(dai)表軸承(cheng)阻力項(xiang)的共有(you)部分作(zuo)如下變(bian)換:
 
　　由于(yu)氣體的(de)動力粘(zhan)度幾乎(hu)不随壓(ya)力變化(hua)，故軸承(cheng)阻力項(xiang)和雷諾(nuo)數以及(ji)由壓力(li)引起的(de)氣體密(mi)度有關(guan),所以會(hui)出現對(dui)于同一(yi)個雷諾(nuo)數，不同(tong)工作壓(ya)力下的(de)标定數(shu)據存在(zai)顯著差(cha)異,但是(shi)這一分(fen)散性特(te)征被限(xian)制在低(di)雷諾數(shu)區域，随(sui)着雷諾(nuo)數的平(ping)方級增(zeng)加趨于(yu)消失,因(yin)而在高(gao)雷諾數(shu)區域,多(duo)個壓力(li)工況下(xia)的标定(ding)曲線逐(zhu)漸聚合(he)爲一條(tiao)僅和雷(lei)諾數有(you)關的曲(qu)線(嚴格(ge)來說是(shi),多條非(fei)常接近(jin)的标定(ding)曲線),此(ci)時,流量(liang)計的誤(wu)差僅受(shou)流體粘(zhan)性阻滞(zhi)的影響(xiang),且工況(kuang)壓力越(yue)高,氣體(ti)密度越(yue)大,進入(ru)聚合區(qu)域時的(de)雷諾數(shu)也越大(da),或者,運(yun)動粘度(du)越大的(de)标定曲(qu)線越早(zao)進入聚(ju)合區。
　　在(zai)測量推(tui)進系統(tong)的液氫(qing)流量過(guo)程中,爲(wei)了降低(di)危險和(he)實驗成(cheng)本,使用(yong)高壓氮(dan)氣模拟(ni)液氫标(biao)定一台(tai)1.5inch3渦輪流(liu)量計,實(shi)驗工況(kuang)及物性(xing)參數如(ru)表2所示(shi)。
 
　　各個工(gong)況下的(de)标定曲(qu)線如圖(tu)6所示，試(shi)驗結果(guo)用儀表(biao)系數K,表(biao)示，原技(ji)術報告(gao)是以水(shui)标定的(de)儀表系(xi)數作爲(wei)參照,經(jing)歸--化處(chu)理後作(zuo)爲縱坐(zuo)标,橫坐(zuo)标是體(ti)積流量(liang)量程的(de)百分比(bi),爲方便(bian)分析,将(jiang)标定數(shu)據轉爲(wei)圖7所示(shi)(橫坐标(biao)以雷諾(nuo)數表示(shi))。物性方(fang)面,58.9和78.9atm的(de)高壓氮(dan)氣分别(bie)與液氫(qing)的密度(du)和運動(dong)粘度很(hen)接近,所(suo)以标定(ding)結果對(dui)比符合(he)流動相(xiang)似準則(ze)的要求(qiu)。6組标定(ding)數據在(zai)量程的(de)低區(<50%FS,Re<5x10')差(cha)異較大(da),标定曲(qu)線呈現(xian)出“扇形(xing)”特征，随(sui)着雷諾(nuo)數上升(sheng),差異逐(zhu)漸減小(xiao)“扇形”趨(qu)于收斂(lian)。4個高壓(ya)氮氣(工(gong)況壓力(li)≥38.1atm)以及液(ye)氫的标(biao)定數據(ju)在量程(cheng)的高區(qu)很接近(jin),5條标定(ding)曲線聚(ju)合于一(yi)個0.5%的區(qu)間(如圖(tu)7中帶狀(zhuang)部分所(suo)示)。如果(guo)以該區(qu)間作爲(wei)僅與雷(lei)諾數相(xiang)關的聚(ju)合域,4條(tiao)高壓氮(dan)氣标定(ding)曲線随(sui)着壓力(li)的上升(sheng)，依次進(jin)入該區(qu)間，正如(ru)前文的(de)分析,工(gong)況壓力(li)越高,進(jin)入聚合(he)域所對(dui)應的雷(lei)諾數也(ye)越大。
 

 
4結(jie)論
　　介質(zhi)的運動(dong)粘度是(shi)影響渦(wo)輪流量(liang)計精度(du)的重要(yao)因素。對(dui)于液體(ti)介質,一(yi)般通過(guo)改變溫(wen)度、改變(bian)混合溶(rong)液的配(pei)比實現(xian)變粘度(du)的标定(ding)實驗,來(lai)研究渦(wo)輪流量(liang)計在多(duo)工況下(xia)的标定(ding)曲線。對(dui)于氣體(ti)介質,往(wang)往是通(tong)過改變(bian)工作壓(ya)力來觀(guan)察标定(ding)曲線的(de)差異。限(xian)于标準(zhun)裝置的(de)功能和(he)調壓能(neng)力。本文(wen)使用常(chang)壓、中高(gao)壓氣體(ti)流量标(biao)準裝置(zhi)标定渦(wo)輪流量(liang)計,實驗(yan)結果表(biao)明，與工(gong)況壓力(li)有關的(de)軸承阻(zu)力導緻(zhi)對應的(de)标.定曲(qu)線在低(di)雷諾數(shu)區域存(cun)在顯著(zhe)差異,随(sui)着雷諾(nuo)數增加(jia)，差異減(jian)小，各條(tiao)曲線趨(qu)于一個(ge)僅和雷(lei)諾數相(xiang)關的聚(ju)合域，而(er)且随着(zhe)工況壓(ya)力的增(zeng)加,标定(ding)曲線保(bao)持連續(xu)性延拓(tuo)，于是,技(ji)術人員(yuan)就能夠(gou)在雷諾(nuo)數重疊(die)區域以(yi)較高的(de)置信度(du)估計出(chu)流量計(ji)在其他(ta)相近工(gong)況壓力(li)下的标(biao)定誤差(cha)。這有利(li)于減弱(ruo)工況引(yin)起的物(wu)性變化(hua)對渦輪(lun)流量計(ji)精度的(de)影響,一(yi)方面,如(ru)果制造(zao)商能夠(gou)在渦輪(lun)流量計(ji)的高雷(lei)諾數區(qu)保持良(liang)好的線(xian)性度,那(na)麽流量(liang)計就能(neng)以較高(gao)的置信(xin)度适用(yong)于多個(ge)壓力工(gong)況，而且(qie)中壓工(gong)況下的(de)标定曲(qu)線能夠(gou)以較小(xiao)的雷諾(nuo)數先于(yu)高壓工(gong)況進入(ru)聚合域(yu),這有利(li)于标準(zhun)表法流(liu)量标準(zhun)裝置的(de)選型工(gong)作，另一(yi).方面,裝(zhuang)置的設(she)計者需(xu)要避免(mian)标準流(liu)量計工(gong)作在軸(zhou)承阻滞(zhi)效應顯(xian)著的低(di)雷諾數(shu)區域。
　　本(ben)文的實(shi)驗和引(yin)用結果(guo)并沒有(you)發現工(gong)作介質(zhi)種類的(de)差異(例(li)如天然(ran)氣和空(kong)氣，氮氣(qi)和液氫(qing))對渦輪(lun)流量計(ji)的标定(ding)結果有(you)明顯的(de)影響。由(you)于直排(pai)式高壓(ya)天然氣(qi)流量标(biao)定裝置(zhi)的成本(ben)及安全(quan)性保護(hu)措施投(tou)入非常(chang)巨大,而(er)高壓空(kong)氣環道(dao)氣體流(liu)量标準(zhun)裝置的(de)優點日(ri)益凸顯(xian)，德國聯(lian)邦物理(li)技術研(yan)究院已(yi)經批準(zhun)使用高(gao)壓空氣(qi)替代高(gao)壓天然(ran)氣進行(hang)貿易交(jiao)接計量(liang),并在多(duo)個校準(zhun)機構實(shi)施,取得(de)了很好(hao)的效果(guo)。我國儀(yi)器儀表(biao)科研院(yuan)所和計(ji)量技術(shu)機構都(dou)已經開(kai)始這方(fang)面的研(yan)發工作(zuo)[因，大批(pi)城市管(guan)網和地(di)區輸配(pei)氣幹線(xian)上中高(gao)壓天然(ran)氣流量(liang)計将通(tong)過高壓(ya)空氣流(liu)量标準(zhun)裝置得(de)到溯源(yuan)，特别是(shi)涉及貿(mao)易結算(suan)的渦輪(lun)流量計(ji)将能夠(gou)得到有(you)效的法(fa)制監督(du)和管理(li)。

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