湿蒸汽,即湿饱和蒸汽,是液态水与汽态水共存的复杂两相流。湿蒸汽流量计量仪表在正式投入使用之前必须依赖实验标定和修正,湿蒸汽标准装置要为计量仪表的检定和修正提供真实的流体环境和标准信息。本课题提出以实验管段处湿蒸汽是否达到饱和态以及流体流型与工业现场的一致性两个维度来衡量标准装置的设计品质,确定了湿蒸汽标准装置设计方案并初步实现。基于涡街流量计湿气测试数据,对比含液率从0.1%增加至0.2%、0.3%时液滴直径、夹带率以及液膜厚度的变化,表明液膜厚度的增加是造成涡街失稳的主因。由于涡街流量计在湿蒸汽环境中仍能输出稳定的测量信号,得到以下结论:工业现场中湿蒸汽为环雾状流,湿蒸汽中液相主体以液滴形式存在。因此确定了以液相分布控制为湿蒸汽装置研制目标,装置中液相主体以液滴形式存在。对冷凝换热式和喷雾冷却式湿蒸汽标准装置中液相分布规律展开对比研究,讨论了两类装置液滴产生机理,在分析液滴粒径影响因素的基础上得到了粒径控制方法。冷凝换热式标准装置采用滴状冷凝的形式,当蒸汽流速大于10m/s,蒸汽对液滴的拖拽力在液滴脱落过程中起主导作用,液滴脱落直径小于2mm。喷雾冷却式标准装置通过对喷嘴孔径和加压压力的合理选择使得雾化液滴直径小于300μm。最终标准装置类型定为喷雾冷却式。为保证实验管段处汽液相达到平衡态形成稳定的湿蒸汽,展开液滴随蒸汽运动过程研究。应用Cheng阻力系数模型和Pasamehmetoglu&Nelson热传导模型,以装置需求为目标,确定液滴达到动热平衡的条件为速度温度与蒸汽相差10%和1%,计算了液滴速度温度达到稳定所需时间,得到湿蒸汽发展直管段长度,确定被检表安装位置。基于上述理论分析,选择0.7mm孔径压力喷嘴和可加压1MPa的齿轮泵实现喷雾冷却系统。将喷雾冷却系统安装于过热蒸汽装置主管路,实现喷雾冷却式湿蒸汽标准装置,实验管段位于喷嘴后3米。在该装置上运行测试,获得管路各部位压力温度信息,分析实验管段处涡街流量计状态。与冷凝换热式标准装置测试结果对比表明,本课题设计的喷雾冷却式标准装置的实验管段处湿蒸汽达到饱和,涡街流量计工作正常。