涡街流量计在不同介质下标定误差研究

涡街流量计具有精度高、测量范围广、结构简单、无移动部件、耐高温和高压、响应速度快等优点，被广泛应用于蒸汽介质流量测量。为保证涡街流量计计量结果的准确可靠，需要对其进行检定或校准，对蒸汽涡街流量计进行检定或校准最好的方法是在蒸汽流量标准装置上进行实流标定，这样可以最大程度地还原工作介质的状态(温度、压力)。但由于蒸汽流量标准装置数量较少，且标定费用高昂，绝大多数标定实验利用其他介质，如水或者空气代替蒸汽完成。蒸汽介质与水和空气介质的物性有着较大差异，实际工作中用水或空气标定蒸汽涡街流量计的效果并不理想，计量纠纷也不断见诸报道。

关于不同测量介质对涡街流量计的影响，研究人员进行了大量研究。传统理论认为涡街流量计不易受测量介质压力、温度、粘度和组分的影响，在一定雷诺数范围内且满足几何相似和动力相似条件下，用一种典型介质，如水介质或空气介质对所有涡街流量计进行标定。

随着研究的不断深入，管道雷诺数Ｒe、斯特劳哈尔数Sr、介质温度、介质可压缩性等因素对涡街流量计的计量特性有着不可忽略的影响。研究人员通过实流标定试验等方法对比了涡街流量计在不同介质下的计量性能，如顾永伟等对比分析了涡街流量计分别在空气和蒸汽介质下的实流标定实验数据，发现两者误差为2.5%，远超流量计自身精度。许文达等在音速喷嘴法气体流量标准装置和冷凝称重法蒸汽流量标准装置上对涡街流量计进行实流标定实验，得到两种情况下的仪表系数K，结果表明空气介质下的K大于蒸汽介质下的K值。可以看出，用一般介质代替蒸汽进行检定存在较大的误差。

为此，研究人员探索了造成不同介质下涡街流量计计量性能差异的原因。许文达等通过理论分析认为流体的可压缩性会影响仪表系数K值，并通过实流试验和CFD仿真验证了分析。苏庆文等通过数值模拟方法计算并分析了涡街流量计在水、空气和蒸汽介质下的流场，研究了介质可压缩性对涡街流量计仪表系数的影响。

许文达等对比分析了涡街流量计仪表系数K在空气、蒸汽和水三种介质之间的规律性偏差，以压力p、密度ρ和等熵指数κ为自变量，采用指数拟合的方法得到可压缩性修正公式。李靖等对涡街流量计在水、空气和蒸汽介质下进行了对比实验，结果表明影响蒸汽涡街流量计标定的主要因素为介质可压缩性和温度。通常认为，高温蒸汽会影响管道内径和旋涡发生体的尺寸，从而影响涡街流量计的计量特性，因此，必须考虑温度对涡街流量计关键部件材质热膨胀系数的影响。

现有研究总结了影响涡街流量计在不同测量介质下的计量特性的影响因素，包括介质可压缩性、温度、管道雷诺数以及发生体的尺寸等。但仍存在不足之处，实验研究的实验流量点分布基本是按照最大量程的百分比来确定，缺乏流动相似理论支撑; 针对涡街流量计介质可压缩性的修正公式是通过对实验数据直接拟合得到，无物理意义且结果与实验数据偏差较大，无法满足蒸汽涡街流量计跨介质标定的实际需求。