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蒸汽流量计测量时介质各影响因素分析与计算
点击次数:432 发布时间:2014-12-30

对图(2-1)中所示发生体,得到m的计算公式为:

将公式(2-4)代入公式(2-3)中得到:

公式(2-5)相对比较复杂,对流体流通面积而言,可以把旋涡发生体看作矩形(宽为 d,长为 D)见图 2-1(b),面积比为:

将(2-6)式带入(2-5)式中得到:

根据相关的研究表明蒸汽流量计发生体为等腰三角形六面体截面柱,在d/D=0.28 时,产生的旋涡强度和旋涡的稳定性[106~108]。本文实验的样机也采用此类发生体,/D=0.28。由于发生体和壳体同为不锈钢材质(1Crl8Ni9Ti)在(20~300)℃线性膨胀系数为 16.6×10-6,将 d/D=0.28 代入公式(2-7)中得到:

由金属材料线性膨胀公式得到:
Dr=D20[1+a(t-20)]
式中:Dr为壳体在 t℃的直径,D20为 20℃是壳体的直径,a为材料可膨胀系数;
将(公式 2-8)带入公式(2-9)式中得到:

因公式(2-10)中a(t-20)远小于1,利用数学公式(1+△X)≈1-3△X,当△X 远小于1时。

将a和不同温度下的 t 带入公式(2-11)中得到下表数据:
在表 2-1 中,K/ K20表示了温度为 t 和 20℃时仪表系数之比,表示了温度为 t 时仪表系数的相对变化量,即由于蒸汽温度的不同所引入的计量偏差,由此计算分析可以看出温度对机械结构尺寸的变化引起对仪表系数 K 的影响。随着温度的升高,造成的计量偏差也越来越大。
2.蒸汽介质斯特劳哈尔数的影响
斯特劳哈尔数是在流体力学中讨论物理相似与模化时引入的相似准则。即表示旋涡频率与阻流体特征尺寸、流速关系的相似准则。在一定雷诺数范围内旋涡的分离频率与旋涡发生体的几何尺寸、管道的几何尺寸有关,即斯特劳哈数可以认为是定值。由图 2-2 可见,在Red=2×10~7×10范围内,Sr可视为常数,这是仪表正常工作范围。

但在实际的情况下,Sr即使在ReD=2×10~7×10也是随ReD的变化而波动,根据 1989 年日本制订的蒸汽流量计工业标准 ISZ8766《蒸汽流量计——流量测量方法》,2002 年修订版将蒸汽流量计发生体的固定形式分为两类,《标准》规定的旋涡设计,发生体按插入测量管顶端是否固定可分为标准 1 型和标准 2 型两种,其 Sr 值微有差异,如表 2-2 所示:

标准 2 型Sr的平均值为 0.25033,其标准偏差为 0.12%;而标准 1 型,其标准偏差为 0.3%,目前我们国内普遍采用此类结构方式。日本横河仪表生产的蒸汽流量计普遍采用标准 2 型。
由雷诺数的推导公式(2-12)可以看出,在检测过程中,蒸汽及空气由于粘度的不同,会导致雷诺数的不同。根据三种流体介质通常实验条件下的工况,三种介质的运动粘度如表 2-3 所列:

式中:ρ为介质密度,D 为管径,u为流速,η为介质动力粘度,ν为介质运动粘度。

由上述查表数据可看出,在不同工况下,水的运动粘度zui小,蒸汽的次之,空气zui大,比例约为 1:4:15。因此要得到相同的雷诺数,水的流速zui低,蒸汽次之,空气zui大。在检定仪表的系数时,需要考虑到在雷诺数相同的条件下,实际的测量过程中往往忽略掉雷诺数不同带来的影响。特别是在蒸汽的测量过程中,仪表量程的选型是根据在空气介质下测量得到的体积流量范围与蒸汽的密度相乘,计算得到蒸汽的体积流量范围,会造成不同介质下雷诺数的范围不同。通过针对表 2-6 的分析可以认为,只要不同介质在规定的雷诺数范围开展检定,不会造成较大的偏差,其影响可忽略,但超出规定范围会造成了Sr的不同,带来较大的偏差。
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