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差压式流量计测量(liàng)原理与流动情况(kuàng)

点击次数:4256 发布时间:2020-04-25 02:44:38
如果在充满流体的管道中(zhōng)固定放(fàng)置一个流通(tōng)面积小于管道截(jié)面积的节流件,则管内流束在(zài)通过该节流件时就会造成局部收缩。在收缩处,流速增加,静压力降低,因此,在节流件前后将产(chǎn)生一定的压力差。实(shí)践证明,对(duì)于一定形状和尺寸的节(jiē)流件,一定(dìng)的测压(yā)位置和前后(hòu)直管段,在(zài)一定的流(liú)体参数情况下,节流件前(qián)后的差(chà)压△p与流量qv之(zhī)间有(yǒu)一定的函数关系。因此,可以通过测量(liàng)节流件前后的差压(yā)来测量(liàng)流量。
*为(wéi)常见的节流件有标准孔板(bǎn)、标准喷嘴、文丘里管(guǎn)和文丘里(lǐ)喷嘴等几种形(xíng)式,如图(tú)3-2所示。
差压式流量计节流件基本形式
如图(tú)3-3a所示,硫酸流量(liàng)计(jì)流体通过孔板前就已(yǐ)经开始收缩,由于惯性(xìng)的作用,流束通过孔板后还将继续收缩(suō),直到在孔板后的某(mǒu)一距离处达到*小流束截面。这时流体的平均流速达(dá)到(dào)*大值。然后流束又逐渐扩大到充满整个圆(yuán)管,流体的速(sù)度也恢复到(dào)孔板前来流的速度(dù)。靠(kào)近孔板前后(hòu)的角落处,由于流体的(de)粘性和局部阻力以及静压差回流等的影响将造成涡流。这时沿管壁(bì)流体的静压变化(huà)和轴(zhóu)线上不同,图(tú)3-3b中实线表示管壁上的静压沿轴线方向的变化曲线。在孔板(bǎn)前(qián),由于孔板(bǎn)对流体的(de)阻力(lì),造成部分流体局部滞止,使得(dé)管道壁(bì)面上的静压比上游压力稍有升高(gāo)。通过孔板后,流体压力突然降低并随着(zhe)流束的(de)缩小,流速的提高而减(jiǎn)小,一直(zhí)达到某一(yī)*低值。然后又随流束的扩张而升高,*后(hòu)恢复到一个稍低于原管中压力的压力,这就是(shì)节流件造(zào)成(chéng)的不可恢复压力损失。管道轴线上流体压力沿轴线方向的分布如图(tú)3-3b中虚线(xiàn)所示。
差(chà)压式流量计孔板前后流动特性
节流装置中造成(chéng)流体压力损失的原因是孔(kǒng)板前后涡流(liú)的形(xíng)成(chéng)以及(jí)流体的沿(yán)程摩擦,它使得流体具有的总机械(xiè)能的一(yī)部分不可逆地变成了热能,散失在流体内。为(wéi)了减小这部分损失,人们采(cǎi)用了喷嘴、文丘里管等(děng)节流件,以尽量消除节流件前后的涡流区,大(dà)大减(jiǎn)少了流动(dòng)的压(yā)力损失。还有一些低压损的节流件,可以节约仪表运行(háng)的能量消(xiāo)耗。
2、节流装置的流(liú)量公式
节流装置的流量公式是在假定(dìng)所研究的流体是理想流体,流动是一维等滴定常流动的条件下,根据伯努利方程和连续性方程推导出来的。然后对不符合假设条件的影响因素进行修正。
在图3-3a中(zhōng)取两个截面(miàn)I和II,截面I是流束收缩前的截面,截面II为流束*小截面。根据不可压缩理想流体的伯努利方程
差压式流量(liàng)计公式
和连续性方程
差压式流量计公式
可(kě)以推得
差压式流量计公式
式中(zhōng),P1、P2是截(jié)图I和II的静压力(Pa);u1、u2是截面I和II处的平均流(liú)速(m/s);P1、P2是截面I和II处的流体(tǐ)密度(kg/m³);u是流束收缩系数(A2=uAo),它的大小与节流件的形式及流动状态有关;
差压式流量计公式
称为(wéi)节流装置的(de)直径比。d为节流件的开孔直径,D为管道内径。
由于压力P1和P2是截面I和截面II处流体的平均压力,而实际测量时,差压P1-P2是按一定的取压方式(shì)在管壁处取得的,与差压P1、P2有一定差异。引进取压系数Ψ,使P1-P2-Ψ(p1 p2),取压方(fāng)式不同,Ψ也不同。另外,实际的流动都存在损失(shī),与假定的理想流(liú)体等熵定常流(liú)也有差异,为此,引进(jìn)系数Σ对u2进行修正。这样,修(xiū)正后的不可压(yā)缩流体的体积流量表达式为
差压式流量计公式
式中,a是流(liú)量系(xì)数,它是一个与节(jiē)流(liú)件形(xíng)式、直径比、取(qǔ)压方式、流动雷诺数及管壁粗糙度等有关的系数,是节流装置中*为重要的一个系数。由于流(liú)束收(shōu)缩系数u,修正系数Σ及Ψ无法测量,所以,通常流量系数a由实(shí)验确定。
对(duì)于可压缩流体,流体密度的变化(huà)是不可忽视的。根据(jù)可压缩流体的伯(bó)努利方程
差压式流量计公式
式中,k是气(qì)体的等熵指数,v1、v2是截面I和II处流体比体积(m³/kg)。并考虑到和推导(dǎo)不(bú)可压缩流体的流量公式时一样的原(yuán)因(yīn),对于(yú)实际(jì)流体和(hé)实际的取压位置,引入修正系数Σ,取压系数Ψ和可压缩流体的流束收缩(suō)系(xì)数uk后,将可压缩流体(tǐ)的流量公式整理成与不可压(yā)缩流体的流量(liàng)公式(3-6)或(huò)(3-7)有类似的形式(shì),
差压式流量计公(gōng)式
式中,a就是不可压缩流体的流量系数,即式(3-5)所(suǒ)确定的值,Σ称为可压缩流体的可膨胀性系数,它由下式确定
差压式流量计公(gōng)式
由式(3-11)可得可压缩流体的体积流量公式为
差压式流(liú)量计公式
由于不可压缩流(liú)体的可膨胀性(xìng)系数Σ-1,所以(yǐ)可以认为可压缩(suō)流体的流量公式(3-11)和式(3-13)是节流式流量计(jì)流量公式(shì)的普遍形(xíng)式。
如果(guǒ)用节流件开孔直径d来表示式中的Ao,即Ao=πd2/4,并用信号差压△p来表示p1-p2,流出系数C来代替流量系数a,则节流式流量计的流量公式(shì)普遍形式可写成(chéng)
差压式流量计(jì)公式
式中,K为(wéi)一常数(shù)项(xiàng),由公式中各量的计算单位确定K值的大小。显然(rán),在S1主单位中,K=2π/4=1.11072.如果按(àn)照工程上的习惯,孔径d的(de)单位用mm,流量qv或qm的单位用m³/h或(huò)kg/h,则K=2π/4×3600×10-6=0.0039986,一般取K=0.004.
流出系数C与流量系数a的关系(xì)为
差压(yā)式流(liú)量计公式
利用(yòng)流出系数C来分析各种因素对(duì)流量的(de)影响显得更加方(fāng)便,在不同(tóng)的β和不同的Re下,C的变化范围要比a的变化(huà)范围小得多(duō)。尤其是对(duì)各(gè)种文丘里管,在一定条件下,C是一个不随管径D、直(zhí)径比β和雷诺数Re变化的常数,使得流量公式接近一(yī)个完(wán)全解析式,简化节流(liú)装置的计算。在新的**标准中,节流装置的计算(suàn)均采用流出系数(shù)。

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