渦街流量計(jì)在不同介質(zhì)下的比對(duì) 發(fā)布時(shí)間:2019-04-24
渦街流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中,使用介質(zhì)對(duì)其測量帶來多大的附加誤差尚不明確。利用在以空氣為介質(zhì)的音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和以蒸汽為介質(zhì)的蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的比對(duì)試驗(yàn),對(duì)在空氣和蒸汽介質(zhì)下渦街流量計(jì)的流量特性進(jìn)行對(duì)比研究,得到儀表系數(shù)在不同介質(zhì)下變化曲線和趨勢,并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析解釋。 一、卡門渦街的基本原理 如圖1所示,在測量管道中垂直地插入一非流線型阻流體,也稱發(fā)生體。隨著流體流動(dòng),當(dāng)管道雷諾數(shù)達(dá)到一定值時(shí),在發(fā)生體兩側(cè)就會(huì)交替地分離出卡門渦街。漩渦頻率f與流經(jīng)發(fā)生體兩側(cè)的平均流速U1之間的關(guān)系可表示為: 式中:f——漩渦頻率,Hz;Sr——斯特勞哈爾數(shù);U1——發(fā)生體兩側(cè)的平均流速,m/s;d——發(fā)生體迎流面的寬度,m。 二、試驗(yàn)裝置和儀表 1.蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 蒸汽冷凝稱重法是指蒸汽流過被檢表后,通過冷凝器全部冷凝成常溫水并由電子秤稱量,再根據(jù)測量被檢表處的壓力和溫度得到密度,進(jìn)而得到被檢表處的標(biāo)準(zhǔn)體積量。 冷凝稱重法蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(以下簡稱“蒸汽裝置”)是國內(nèi)唯一采用蒸汽實(shí)流標(biāo)定的蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。該裝置以過熱蒸汽作為檢定介質(zhì),對(duì)蒸汽流量儀表進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定,檢定流量范圍為(2.5~10000)kg/h,其精度等級(jí)為0.1級(jí)。該裝置可以開展DN200以下口徑渦街流量計(jì)、彎管、V錐流量計(jì)、分流旋翼、孔板流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)等多種蒸汽流量計(jì)的檢定、校準(zhǔn)及相關(guān)檢測。 2.音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 文丘里噴嘴是個(gè)孔徑逐漸減小的流道,孔徑最小的部分稱為噴嘴的喉部,喉部的后面有孔徑逐漸擴(kuò)大的流道。當(dāng)氣體通過噴嘴時(shí),喉部的氣體流速將隨著節(jié)流壓力比減小而增大。當(dāng)節(jié)流壓力比小到一定值時(shí),喉部流速達(dá)到最大流速——音速。此時(shí)若再減小節(jié)流壓力比,流速(流量)將保持音速不變,不再受下游壓力的影響,而只與噴嘴入口處的滯止壓力和溫度有關(guān),此時(shí)的噴嘴稱為音速噴嘴,流量方程式為 式中:qm——流過噴嘴的質(zhì)量流量;A*——音速噴嘴喉部面積;C——流出系數(shù);C*——臨界流函數(shù);P0——音速噴嘴入口處滯止絕對(duì)壓力;T0——音速噴嘴入口處滯止絕對(duì)溫度;R——通用氣體常數(shù);M——?dú)怏w千摩爾質(zhì)量。 從式(2)可以看出,一種喉徑的噴嘴只有一個(gè)臨界流量值,噴嘴入口的滯止壓力和滯止溫度不變時(shí),通過噴嘴的流量也不變,正是由于此特性使音速噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)件廣泛應(yīng)用于氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中。 音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(以下簡稱“空氣裝置”)采用臨界流文丘里噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)表,該檢定裝置擴(kuò)展不確定度(k=2)達(dá)到0.25%,流量范圍為(2.5~10000)m3/h,可開展DN15~DN300口徑的渦街、渦輪、容積式等氣體流量儀表的檢定/校準(zhǔn)工作。該設(shè)備主要由羅茨真空泵提供負(fù)壓,與傳統(tǒng)采用水環(huán)真空泵相比,可節(jié)約電能損耗60%以上。地下循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng),提高了氣體流場的穩(wěn)定性(壓力波動(dòng)在1%以內(nèi),溫度波動(dòng)在0.1℃以內(nèi))。 3.所用的渦街流量計(jì) 本次特別訂制了DN25、DN40、DN50、DN80、DN100、DN150共6臺(tái)渦街流量計(jì)。該渦街流量計(jì)體積流量的精度等級(jí)為1.5級(jí),其主要應(yīng)用于測量和輸出氣體、蒸汽和液體的瞬時(shí)體積流量。其流體溫度范圍從-200℃~400℃、可測量和輸出流體的瞬時(shí)體積流量。該渦街流量計(jì)有內(nèi)置的溫度傳感器,可以測量和輸出溫度信號(hào),有內(nèi)置豐富的軟件計(jì)算功能,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飽和蒸汽的質(zhì)量流量的測量。 考慮試驗(yàn)條件,具體測量范圍如表1所示。 三、不同介質(zhì)下的對(duì)比試驗(yàn)研究 1.試驗(yàn)方案 在空氣裝置和蒸汽裝置中以標(biāo)準(zhǔn)安裝條件對(duì)DN25、DN40、DN50、DN80、DN100和DN150渦街流量計(jì)各做2組試驗(yàn)進(jìn)行比對(duì),依次從最小流量到20%、40%、60%、80%、100%最大流量,共計(jì)6個(gè)流量點(diǎn),每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)檢定7次。在空氣裝置中用標(biāo)準(zhǔn)表(噴嘴組合)法做1組試驗(yàn),計(jì)算得到儀表系數(shù)、重復(fù)性等數(shù)據(jù);在蒸汽裝置中用稱重法做1組試驗(yàn),再計(jì)算儀表系數(shù)、重復(fù)性等相關(guān)數(shù)據(jù),比較兩組數(shù)據(jù)差異和聯(lián)系。 2.各口徑渦街流量計(jì)試驗(yàn)情況 (1)DN25試驗(yàn) 儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖2所示。從圖2中不難發(fā)現(xiàn)該渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)偏高于在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)。但在0.8qmax時(shí),在空氣裝置上的儀表系數(shù)有明顯下降,分析原因認(rèn)為,DN25管線是在DN50管線基礎(chǔ)上通過變徑實(shí)現(xiàn)的,可能在大流量時(shí)造成流場不穩(wěn)或測壓偏低造成標(biāo)準(zhǔn)量偏高。 (2)DN40試驗(yàn) 儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖3所示。從圖3中不難發(fā)現(xiàn),該渦街流量計(jì)(剔除個(gè)別流量點(diǎn))在空氣裝置上的儀表系數(shù)逐漸減小,而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加。在0.6qmax時(shí),兩者儀表系數(shù)基本重合。 (3)DN50試驗(yàn) 儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖4所示。從圖4中不難發(fā)現(xiàn),其規(guī)律和DN40渦街流量計(jì)規(guī)律基本一致,即在空氣裝置上的儀表系數(shù)逐漸減小,而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加,在靠近0.6qmax時(shí),兩者儀表系數(shù)重合。 空氣裝置的DN40管線和DN25管線是在DN50管線的基礎(chǔ)上變徑實(shí)現(xiàn)的。比較圖2、圖3和圖4中空氣裝置上的儀表系數(shù)-流量曲線圖,可發(fā)現(xiàn),在大流量時(shí),隨著口徑的減小,儀表系數(shù)減小的越來越快。 (4)DN80試驗(yàn) 儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖5所示。從圖5中不難發(fā)現(xiàn),該渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)逐漸減小,而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加。在0.8qmax時(shí),兩者儀表系數(shù)基本重合。 (5)DN100試驗(yàn) 儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖6所示。從圖6中不難發(fā)現(xiàn),該渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)一直大于在蒸汽裝置上的儀表系數(shù),且線性度較好,而在蒸汽裝置上的儀表系數(shù)則逐漸增加。 (6)DN150試驗(yàn) 儀表系數(shù)和流量曲線關(guān)系如圖7所示。從圖7中可以看出,該渦街流量計(jì)在空氣裝置上和蒸汽裝置上的線性度都較差。在空氣裝置上,其儀表系數(shù)先增大后減。欢谡羝b置上,其儀表系數(shù)則先減小后增大。 四、試驗(yàn)結(jié)論 1.除DN100渦街流量計(jì)外,其他5臺(tái)渦街流量計(jì)在空氣裝置上的特性基本一致,即在大流量時(shí),儀表系數(shù)會(huì)有一個(gè)較明顯下降。 2.各口徑的渦街流量計(jì)在蒸汽裝置上的特性基本一致,即儀表系數(shù)隨著流量的增大而增大。 3.就比較單臺(tái)流量計(jì)在空氣裝置和蒸汽裝置上的儀表系數(shù)而言,六臺(tái)渦街流量計(jì)的規(guī)律基本一致,即渦街流量計(jì)在空氣裝置上的儀表系數(shù)偏高于在蒸汽裝置上的儀表系數(shù),但因?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)量比較小,還無法定量地給出偏差量。 4.初步結(jié)論:由于受黏度、溫度等因素的影響,渦街流量計(jì)以空氣為介質(zhì)的儀表系數(shù)和以蒸汽為介質(zhì)的儀表系數(shù)存在差異,但差別量較小,具體差別量則需要在后續(xù)大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)分析后給出。 5.每個(gè)口徑的渦街流量計(jì)在儀表系數(shù)與流量的曲線圖上,以蒸汽和空氣為介質(zhì)均有一個(gè)交匯點(diǎn)。在交匯點(diǎn),儀表系數(shù)相同。這就提供了一種可能:設(shè)計(jì)一臺(tái)具有交匯點(diǎn)儀表系數(shù)的渦街流量計(jì),在保證一定測量誤差的情況下,既可測空氣,又可測蒸汽。
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