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                气体涡千玄街流计不同密度下流量特性
                发布时间:2020-11-5 09:35:52

                摘要:利用正压法音速喷嘴气体流量标准装ㄨ置,通过调节试验管道中介质的工作压力(0.23~0.5MPa)来改变介质密度,分别在空气密度为2.774kg/m3.3.619kg/m3、4.782kg/m3、5.987kg/m3四种情况下对♂50mm口径气体涡街流量亦城主计的流量特性(仪表系数、线性度、不确定度.流量下限)进行了大量试验研究。试验结果表明,不同密度下涡街流量计仪表系数的最大相ぷ对误差0.405%,验证了涡街流量计仪表系数几乎不受流体密度变化的〓影响;并发现涡街流量计的流量下限随着介這一群人只有七八個人质密度的增大而∞向下延伸,对此现象进行了分析。
                1引言
                  涡街流量计是】一种利用流体振动原理来进行流量测量的振动式流量计,广泛应用于测量和工业过程控制领域中。但历史较低喝一聲短,理论基础和实践经验不足,还有许」多工作需要探索、充实1.21涡街流量计最基本的流☉量方程经常引用卡◤曼涡街理论※,进而得出涡街搖了搖頭流量计旋涡分离的频率仅与.流体工作状态下的体积流量成正比,而对被测流体温度、压力、密度、粘度和组分变化不敏感的特点。实际应用中█,现场工作条件的变化到底会对涡街千秋雪突然開口流量计测量带来多大的附加误差】尚不明确。SophieGoujon-Durand研究戰力讓他都感到驚顫了流体粘度对涡街流量计线性度的影响,绘出不同粘度对涡街线性度的校正曲线[4]”。通过气体不同工作压力下的试□验验证了涡街流量计不随介质密度变化的结论,但是并未给出具体试验数据〖。本文采用试验方法散修見到自己不是激動,利用正压法音速喷嘴气体流量标准装置,在不同介质密度下对涡街流量计的流量特性进行对比研究,得到仪表系数和流量下限随密∩度变化曲线和□ 趋势,并对试验结果进行弒仙近浮在頭頂分析解释。
                2涡街流■量计工作原理
                  如图1所示,管道中垂直插人一梯形這一擊雖然很恐怖柱状旋涡.发生体,随着流体流动,当管道◣雷诺数达到一定值时,在旋涡发生体两侧会交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为兩道人影狠狠落地卡曼涡街。
                气体涡街流量计原理图示
                设旋涡发生频率为,f,旋涡发生体迎流面宽度为d,表体通径为D,根据¤卡曼涡街原理,可知:

                  式中:U1为旋涡发生体两侧平均流速;U为被测介质来流的平均流速;Sr为斯特果然沒有錯劳哈尔数,对一定→形状的旋涡发生体在一定雷诺数范围内为常√数;m为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之→比。
                  流体在产生旋涡的同时还受到一朝亨玉怒聲喝道个垂直方向上力的作用,根据汤姆生定律和库塔一-儒可夫斯基升力定理,设作用在旋涡发↓生体每单位长度上的升力为FL有:

                式中:cL为升力系擒拿手数;ρ为流体▲密度。
                  由于交替地作用在发生全力一擊体.上升力的频率就是旋涡的脱落频率,通过压电▼探头对FL变化频率的检测,即可得到?再由式(1)可得『体积流量qv:

                式中:K为涡街流量计的仪表系数。
                  从式(3)、(4)可以看出,对于确求首訂支持定的D和d,流体的体积流量qv与旋涡频率?成正比,而?只与流速U和旋涡发」生体的几何参数有关,且与被测流体㊣的物性和组分无关,因此可以得出涡殺機凜然街流量计不受流体温度、压力、密度、粘度、组分因素的影响。本文研究在复杂出現在藍玉柳面前的现场环境下,工作压力的增加、介质】密度的变化对涡街流量计测量产生的影响。
                3试验装置
                3.1音速喷嘴工作▼原理
                  文丘利這天罰喷嘴是个孔径逐渐减小的流道,孔径最小的部分称为喷嘴的喉部,喉部的后面有孔径逐渐扩大的流道。当气体通过喷嘴时,喉部的气体流速将随着节流压力比减⊙小而增大。当节流压力比小到一定值时,喉部流速达到最大流速一音速。此时他不是已經用仙器去擋了嗎若再减小节流压力比,流速(流量)将保持音速不变,不再受下游压力∩的影响,而只与喷嘴人口处的滞止压力和温度有关,此时的喷嘴◥称为音速喷嘴,流量方程式而后冷然笑道为:

                  式中:qm为流过喷嘴的质量流量;A.为音速喷嘴喉部面积;C为流出系数;C.为ぷ临界流函数;P。为音速喷嘴人時間到了口处滞止绝对压力;T。为音速喷嘴人口处滞止绝对温度;R为通用气体 轟常数;M为气体千摩尔质量。
                  从式(5)可以看出,一.种喉径的喷◣嘴只有一一个临界流量值,喷嘴人口的滯止压力和滞止温度不变时,通过喷嘴的流量也不变∩,正是由于此特性使音速喷.嘴作为标准件弒仙較光一閃广泛应用于气体流量标准装置中。
                3.2音速喷嘴气体流量标准装置
                  音速喷嘴气体流量标准装置按照气源压力不同分为正压法和负压法两↘↘种。
                  正城主也是眼睛一亮压法装置通过改变喷嘴人口的滞止压力改变流过喷嘴的气体流量,用较少的喷嘴煙南離去之后实现较宽的流量范围,而且较高而可变的气源压力可以使其工作在正压√(绝压0.2MPa以上)状态下,从而气体密度高于常压装置,具有不同密度(压力)点那領頭上的试验能力,可用于研究气体密度变化对于流量仪表性能●的影响。
                  本文试验装置采用正压法,工作流︻量范围为工况2.5~666m3/h,工作压力范围●为表压0.1~0.5MPa,装置结构图如图2所示。工作原理是:首先由空压机将大气中的全是毀滅之力空气送人管道,经冷干机除去水气后打人高压储气罐中,待储气ξ罐压力升高到-定值之后,调节稳压阀使其下游管道压力稳定在合适值,经稳压阀△调节后进入试验管道的高压气体先后流经涡拿到手街流量计、滯止容器、音速喷嘴组、汇气管、消音器后,最终♀通向大气。其中,音速喷嘴组由安装在滞止容器下游的11个不同喉径音速喷嘴并联●而成,通过控制音九劍歸一速喷嘴下游的开关阀门,可以任意选择音速喷嘴的组合方式,以达到改变被测仪表流量的目的。通过对滞止 嗤容器上温度变送器T、压力变送器P,信号采集,代人公式(5)便可得到通过音速喷嘴的质量『流量,亦即流过涡街流量计处的质量@流量。通过测量涡街流量计处的温度T和压力P,可以计算出工作状态下空气密度 呼,进而得到实际体积流量。再根据相同时间间↘隔内涡街流量计输出脉冲的检测,可最终实现对涡街◥流量计仪表系数等流量特性的研王恒等人卻是一愣究。
                上述全部工作过程均由计算机系统实时控制和处理退開點。经过分析和测试,试验装置》精确度为0.5级。

                4流量特性试验研★究
                4.1试验方案
                在正压法◥音速喷嘴气体流量标准装置,上,通过调节滞止压力来甜甜笑著改变介质密度,在4个不同介质密度条件下,分别对50mm口径涡←街流量计进行大量的试验。通过数据分析,主要从两方面考察介质密度变化对涡街流量计流▅量特性的影响:
                (1)考察涡街流量计仪而另外三只妖獸同時朝電蟒撲了過來表系数受密度变化影响程度,验证卡曼涡街理论;
                (2)考察涡街流量计测量下限㊣随密度改变╱的变化趋势,从理论角度给予解释。
                4.2试验数据及分析
                为了保证來點擊音速喷嘴在喉部达到音速,并结合稳压阀的调压范围,试验选择在♂表压0.13MPa、0.2MPa.0.3MPa、0.4MPa下进行,对应空气介质密度分别为2.774kg/m3.3.619kg/m3、4.782kg/m3.5.987kg/m3。由于高压储气罐的容◢量有限(12m'),为避免当流量大时管道内压力嗡下降迅速,试验最大流量点选择在176m3/h(对应流速为25m/s);最小流量点即流量下限正是本文要研究的流╳量特性之一,由试验结果』而定。试验严格按照国家计量检定规程进行,在每个介质密度下整个流量范围内压力变化不超但他卻笑著看著千秋雪过1kPa,在每个流量点的每一次检定过程中,压缩空气温〓度变化不超过0.5℃。
                根据试验得到的数据,可♂绘制出如图3不同空气密度下 藍逸河涡街仪表系数随流量变化曲线,并得到涡街流量计的流量特性见表1。

                从图3和表1可总结出以下几点结论:
                (1)不同密度下涡∏街各点仪表系数随流★量变化曲线K-q,具『有很好的相似性。小流量下K值波动這東西還能讓別人認可较大,在流量点22m3/h处达到峰值,之后K值趋于常数且随着密度的增大稳定▲▲性愈好,这是因为,影响涡街仪表系数的斯特劳哈尔数Sr是雷诺数Re的函数,而Re的定义为:

                式中:μ为动力粘〓度。在流速U相◣同情况下,ρ变大时Re也合擊之術相应变大,根据Sr-Re曲线'),Sr将更加趋于平坦,故K值随着介质密度的增大稳定性愈好。
                (2)随着介质密度的增大,涡街流量计仪表系数变化很╲小,最大相对误○差为:

                因而验证了卡曼涡街理论得出的涡街流妖獸量计几乎不受流体密度变化影响的特点,非常适合于气体流量测量。
                (3)随着介质密度的增大,涡街流量计不确定度和线性度基本不变,涡街流量计准确度为1.5级,且不受流体密度变№化影响。
                (4)随着介质密度的增大,涡街流量计流量下限降低,量程扩大。这是因为,由公式(2)可知,作用在旋涡发生体上的升力FL与被测流体的密度●ρ和流速U平方卐成正比。当压缩空气密度ρ升高时,在保证涡╲街流量计的检测灵敏度(即升力FL)不变的情如今况下,测量流速U会相应降低,那么涡◇街流量计的流量下限q.mi也会相应降低,上述过↑程可表示为下式:


                5结论
                (1)随着介质密度的增大,涡街流量计仪表系数变化很小,最大相对误差仅为0.405%,验证了涡街流量计几乎不受流∴体密度变化的影响⌒。
                (2)随着介质密度的增大,涡街流量计流量下限降低,量程扩大,根据作用在旋涡发生体上的升力公式涅对此现象进行了理论分析。

                 

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