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涡街流量计与孔板流量计压力损失的比较研究源仪仪表

时间:2014-03-26 09:56来源:未知 作者:源仪仪表 点击:
1 引言 如今社会在大力提倡节约能源lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,每种流量计的 压力损失 成为用户比较关注的问题lol竞猜网-欢迎您!,流量仪表的 压力损失 小已经是选择流量计的一项重要指标lol竞猜网-欢迎您!。由于 涡街流量计 与 孔板流量计 使用的条件相似lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,并且使用广泛lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,因此人们常常对这两种流量计进行比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,以便选出

 1 引言

    如今社会在大力提倡节约能源,每种流量计的压力损失成为用户比较关注的问题lol竞猜网-欢迎您!,流量仪表的压力损失小已经是选择流量计的一项重要指标lol竞猜网-欢迎您!。由于涡街流量计孔板流量计使用的条件相似lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,并且使用广泛lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,因此人们常常对这两种流量计进行比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,以便选出更合适的测量仪表lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。虽然已经有人对涡街流量计孔板流量计压力损失进行过比较,但目前文献中所作的比较存在两个问题1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,2lol竞猜网-欢迎您!。第一lol竞猜网-欢迎您!,文献中多是通过比较两种流量计的压力损失计算公式来对两种仪表的压力损失进行比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。对于孔板流量计,它的历史较长lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,有统一的国际标准lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,可以直接用给出的压力损失计算公式进行计算。对于涡街流量计lol竞猜网-欢迎您!,它的历史相对较短lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,没有统一的国际标准lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,给出的一些计算公式也不太成熟lol竞猜网-欢迎您!,通常计算值与真实值之间存在较大的误差lol竞猜网-欢迎您!。例如lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,涡街流量计的生产厂家即使是按照行业规范生产的同一型号的涡街流量计lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,其给出的计算涡街流量计压力损失压力损失系数Cd也是各不相同的lol竞猜网-欢迎您!,这就给用公式计算压力损失带来了误差lol竞猜网-欢迎您!。第二lol竞猜网-欢迎您!,对两种流量计压力损失比较时lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,并没有规定两种流量计的有效流通面积相同lol竞猜网-欢迎您!,所得到的结果缺乏说服力lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!;谝陨狭礁鲈lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,在天津大学自动化学院流量实验室的气体装置上做了涡街流量计压力损失试验lol竞猜网-欢迎您!,用试验结果与公式计算的结果进行了比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,对不同Cd值给涡街流量计压力损失计算造成的误差进行了分析lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,给出了经试验验证的Cd值lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。并在保证有效流通面积的条件下对两种流量计的压力损失进行了比较,对工业中选用流量计及计算涡街流量计压力损失都有很好的参考价值。

    2 试验装置

    试验装置如图1所示lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。鼓风机用来使流体在管道中流动lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!;变频调速器用来调节鼓风机的转速以达到调节流体流速的目的lol竞猜网-欢迎您!;压力变送器和温度变送器分别用来测量管道内气体的压力和温度;差压变送器为电容式差压变送器lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,用来获取两个取压孔P1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、P2之间的压力差lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,量程为0~10kPalol竞猜网-欢迎您!,最大工作压力为4MPalol竞猜网-欢迎您!,精度为0.5级lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!;试验用涡街流量计的口径为100mmlol竞猜网-欢迎您!,其制作工艺符合涡街流量计的行业标准lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,采用的旋涡发生体为三角柱体lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。管道内的流体介质为空气lol竞猜网-欢迎您!,管道直径D=100mmlol竞猜网-欢迎您!,取压孔P1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、P2之间的距离为5mlol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。

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    3 涡街流量计压力损失的测量

    传统测量孔板流量计压力损失的方法如图2所示lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,分别测出P1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、P2两点之间的静压力lol竞猜网-欢迎您!,所得差值即为孔板压力损失lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。为了使测出的压力是不可恢复性压力lol竞猜网-欢迎您!,P1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、P2两点之间的距离应尽量远lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,文献3中lol竞猜网-欢迎您!,管道直径D=300mmlol竞猜网-欢迎您!,P1lol竞猜网-欢迎您!、P2之间的距离为27Dlol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,在本试验中管道直径D=100mmlol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,P1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、P2两点之间的距离为50Dlol竞猜网-欢迎您!,通过差压变送器直接将两点之间的差压值读出lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!?悸堑絇1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、P2两点之间的距离比较长lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,因此管道本身的压力损失将不能忽略lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。对装有涡街流量计时总的压力损失ΔPt和管道本身的压力损失ΔPp分别在不同的流速v下进行测量lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,用ΔPt减去ΔPp即为涡街流量计压力损失ΔPvlol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,所得结果如表1所示lol竞猜网-欢迎您!。

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图2 孔板流量计压力损失的测量方法

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    4 压力损失系数的误差分析

    由下式计算涡街流量计压力损失4:

    流量计信息网内容图片  (1)

    式中:ΔPV为涡街的压力损失lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!;Cd为压力损失系数lol竞猜网-欢迎您!;ρ为流体密度lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!;u为气体平均流速。

    由式(1)可见lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,压力损失系数的准确度对压力损失的计算很重要lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。Cd的大小一般由生产厂家给出lol竞猜网-欢迎您!,但即便是按照行业标准生产的同一型号的涡街流量计lol竞猜网-欢迎您!,生产厂家给出的Cd值差别也很大lol竞猜网-欢迎您!,对于用三角柱体做旋涡发生体的涡街流量计lol竞猜网-欢迎您!,厂家给出的Cd值一般在1.8~2.4之间。本试验将压力损失的试验数据与不同Cd值下的计算结果进行了比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,如图3所示lol竞猜网-欢迎您!。从图3中可以看出,不同的Cd取值会使压力损失的计算值与试验值的误差随着流速的增加而增加lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!;箍梢钥闯lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,当Cd取2.2时与计算值与试验结果吻合的比较好lol竞猜网-欢迎您!,这时计算值与试验结果的误差不超过5%lol竞猜网-欢迎您!。当Cd取2.4lol竞猜网-欢迎您!、2.0lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、1.8时lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,与试验结果的最大误差分别达到18.78%lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、17.35%lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!、33%lol竞猜网-欢迎您!,压力损失系数Cd的取值对计算结果影响是较大的lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,在流速高时更明显lol竞猜网-欢迎您!。

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图3 试验结果与计算结果的对比

    以上分析说明lol竞猜网-欢迎您!,仅通过涡街流量计压力损失的计算公式来与孔板流量计压力损失进行比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,不能保证较高的准确度lol竞猜网-欢迎您!。

    5 涡街流量计孔板流量计压力损失的比较

  对于孔板流量计压力损失lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,本文用ISO5167-2:2003给出的计算公式进行计算lol竞猜网-欢迎您!,计算结果与涡街流量计压力损失的试验结果进行比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。为了更好地对涡街流量计压力损失与孔板的压力损失进行比较lol竞猜网-欢迎您!,本文选择了有效流通面积相同的涡街流量计孔板流量计进行比较lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,这样的比较也才有意义lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。

    试验采用的涡街流量计旋涡发生体的截流面的宽度为dv=28mm,流量计的直径D=100mmlol竞猜网-欢迎您!,管道截面面积Sc=7854mm2lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,有效流通面积为Sv=5054mm2lol竞猜网-欢迎您!。将涡街流量计的有效流通面积转换为孔的面积,则对应的有效孔径比βv为

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    取孔板流量计涡街流量计有效孔径比最接近的值βo=0.8lol竞猜网-欢迎您!。根据Reader2Harris给出的流出系数的计算公式5,求得平均流出系数C=0.45lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。在2003年实施的孔板流量计的国际标准(ISO5167-2:2003)中lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,压力损失系数K的计算公式为

    流量计信息网内容图片 (2)

    将βo=0.8和C=0.45代入式(2),可以得到K=3.42lol竞猜网-欢迎您!。

    计算压力损失ΔPo的公式为

    流量计信息网内容图片  (3)

    将流体密度ρ=1.205kg/m3与K=4.75代入式(3)可以得到:

    流量计信息网内容图片(4)

    图4反映了由式(4)计算出的在不同流速下孔板流量计压力损失曲线和涡街流量计压力损失的试验结果。

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图4 孔板与涡街流量计压力损失

    从图4可以看出,在流通面积一定的情况下lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,孔板的压力损失要大于涡街流量计lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,并且随着流速的增加而增加lol竞猜网-欢迎您!。表2列出了在不同流速下lol竞猜网-欢迎您!,孔板流量计涡街流量计压力损失lol竞猜网-欢迎您!,其中n为孔板流量计涡街流量计压力损失的比值lol竞猜网-欢迎您!。

    表2中,n的平均值约为1.7lol竞猜网-欢迎您!。R.W.Miller(1989)曾经给出了几种流量计的压力损失6lol竞猜网-欢迎您!,如图5所示的流速为4.2m/s时lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,不同流量计的压力损失情况lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。其中孔板流量计的β=0.75lol竞猜网-欢迎您!;涡街流量计为Foxboro公司生产的lol竞猜网-欢迎您!,口径为80mmlol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!;流体介质为水lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,水的压力为6bar。

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图5 R.W.Miller试验结果

    图5中孔板和涡街流量计压力损失比值大约为1.5lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,比本文试验结果稍小lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,这可能是因为所采用的试验流体介质不同所造成的lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,本文试验采用的是空气lol竞猜网-欢迎您!,R.W.Miller采用的是水,但两个结果还是比较接近的lol竞猜网-欢迎您!。

    由以上的分析可以看到lol竞猜网-欢迎您!,在保证两种流量计的流通面积相等时lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,孔板流量计压力损失涡街流量计的1.7倍左右lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。而在一些文献中lol竞猜网-欢迎您!,给出的这一结果是相当大的lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,有的为7倍多lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,甚至更大1lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,2lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,7。

    6 结论

    (1)压力损失系数Cd的准确性对于涡街流量计压力损失的计算影响比较大,对于旋涡发生体为三角柱体的涡街流量计lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!,当压力损失系数Cd为2.2时lol竞猜网-欢迎您!,计算值与本试验结果吻合较好lol竞猜网-欢迎您!lol竞猜网-欢迎您!。

(2)孔板流量计压力损失涡街流量计大lol竞猜网-欢迎您!,如果保证两种流量计的有效流通面积相同,那么孔板流量计压力损失涡街流量计的1.7倍左右lol竞猜网-欢迎您!。

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