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涡街流量计                                       与孔板 流量计压力损失的比较研究上海港禹

时间:2014-03-26 09:56来源:未知 作者:上海港禹 点击:
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,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。由于 涡街流量计                                       与 孔板流量计                      使用的条件相似, 并且使用广泛,因此人们常常对这两种流量计进行比较,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,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。由于涡街流量计                                       孔板流量计                      使用的条件相似, 并且使用广泛,因此人们常常对这两种流量计进行比较,以便选出更合适的测量仪表。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1,2。第一,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。对于 孔板流量计                      ,它的历史较长, 有统一的国际标准,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                                       ,它的历史相对较 短,没有统一的国际标准,给出的一些计算公式也不太成熟,通常计算值与真实值之间存在较大的误差。例如,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                                       ,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, 这就给用公式计算压力损失带来了误差。第二 ,对两种流量计压力损失比较时,并没有规 定两种流量计的有效流通面积相同,所得到的结果缺乏说服力。基于以上两个原因,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,用试验结果 与公式计算的结果进行了比较,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,给出了经试验验证的Cd值。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。鼓风机用来 使流体在管道中流动;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;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,用来获取两个取压孔P1、P2之间的压力差,量 程为0~10kPa,最大工作压力为 4MPa,精度为0.5级;试验用 涡街流量计                                       的口径为100mm,其制作工艺符合 涡街流量计                                       的行业标准,采用 的旋涡发生体为三角柱体。管道内的流体介质为空气,管道直径D=100mm,取压孔P1、P2之间的距离为  5m。

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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,分别测出 P1、P2两点之间的静压力 ,所得差值即为孔板压力损失。为了使测出的压 力是不可恢复性压力,P1、P2两点之间的距离应 尽量远,文献3中,管道直径 D=300mm,P1、P2之间的距离为  27D,在本试验中管道 直径D=100mm,P1、P2两点之间的距离为   50D,通过差压变送器 直接将两点之间的差压值读出。考虑到P1、P2两点之间的距离比 较长,因此管道本身的压力损失将不能忽略。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,用 ΔPt减去ΔPp即为涡街流量计                                       压力损失ΔPv,所得结果如表 1所示。

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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:

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

    由式(1)可见,压力损失系数的准确度对 压力损失的计算很重要。 Cd的大小一般由生产 厂家给出,但即便是按照行业标准生产的同一型号的涡街流量计                                       ,生产厂家给出的 Cd值差别也很大,对 于用三角柱体做旋涡发生体的涡街流量计                                       ,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,如图3所示。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。还可以看出,当Cd取2.2时与计算值与试验 结果吻合的比较好,这时计算值与试验结果的误差不超过5%。当Cd取2.4、2.0、1.8时,与试验结果的 最大误差分别达到18.78%、17.35%、33%,压力损失系数Cd的取值对计算结果 影响是较大的,在流速高时更明显。

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图3 试验结果与计算 结果的对比

    以上分析说明,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,不能保 证较高的准确度。

    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,本文用ISO5167-2:2003给出的计算公式进 行计算,计算结果与涡街流量计                                       压力损失的试验结果进行比 较。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,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,这样的 比较也才有意义。

    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=100mm,管道截面面积 Sc=7854mm2,有效流通面积为 Sv=5054mm2。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=0.8。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=0.45。在2003年实施的孔板流量计                      的国际标准( ISO5167-2:2003)中,压力损失系数K的计算公式为

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图片 (2)

    将βo=0.8和C=0.45代入式(2),可以得到 K=3.42。

    计算压力损失ΔPo的公式为

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图片  (3)

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

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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,孔板的压力损失要大于涡街流量计                                       ,并且随着流速的 增加而增加。表2列出了在不同流速 下,孔板流量计                      涡街流量计                                       压力损失,其中n为孔板流量计                      涡街流量计                                       压力损失的比值。

    表2中,n的平均值约为 1.7。R.W.Miller(1989)曾经给出了几种 流量计的压力损失6,如图5所示的流速为 4.2m/s时,不同流量计的 压力损失情况。其中 孔板流量计                      的β=0.75;涡街流量计                                       为Foxboro公司生产的,口径 为80mm;流体介质为水, 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 1.5,比本文试验结果稍小,这可能是因为所采用的试验流体介质不同所造成的,本文试验采用的 是空气,R.W.Miller采用的是水,但两 个结果还是比较接近的。

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

    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                                       ,当压力损失系数Cd为2.2时,计算值与本试 验结果吻合较好。

(2)孔板流量计                      压力损失涡街流量计                                       大,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。

(责任编辑:上海港 禹)
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