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渦街流量計與孔板流量計壓力損失的比較研究AG视讯骰宝刷流水儀表

時間:2014-03-26 09:56來源:未知 作者:AG视讯骰宝刷流水儀表 點擊:
1 引言 如今社会在大力提倡节约能源,每种流量计的 壓力損失 成为用户比较关注的问题,流量儀表的 壓力損失 小已經是選擇流量計的一項重要指標。由于 渦街流量計 與 孔板流量計 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,每种流量计的壓力損失成为用户比较关注的问题,流量儀表的壓力損失小已經是選擇流量計的一項重要指標。由于渦街流量計孔板流量計使用的條件相似,並且使用廣泛,因此人們常常對這兩種流量計進行比較,以便選出更合適的測量儀表。雖然已經有人對渦街流量計孔板流量計壓力損失進行過比較,但目前文獻中所作的比較存在兩個問題1,2。第一,文獻中多是通過比較兩種流量計的壓力損失計算公式來對兩種儀表的壓力損失進行比較。對于孔板流量計,它的曆史較長,有統一的國際標准,可以直接用給出的壓力損失計算公式進行計算。對于渦街流量計,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,通常计算值與真实值之间存在较大的误差。例如,渦街流量計的生産廠家即使是按照行業規範生産的同一型號的渦街流量計,其給出的計算渦街流量計壓力損失壓力損失系數Cd也是各不相同的,這就給用公式計算壓力損失帶來了誤差。第二,對兩種流量計壓力損失比較時,並沒有規定兩種流量計的有效流通面積相同,所得到的結果缺乏說服力。基于以上兩個原因,在天津大學自動化學院流量實驗室的氣體裝置上做了渦街流量計壓力損失试验,用试验结果與公式计算的结果进行了比较,对不同Cd值给渦街流量計壓力損失計算造成的誤差進行了分析,給出了經試驗驗證的Cd值。並在保證有效流通面積的條件下對兩種流量計的壓力損失進行了比較,對工業中選用流量計及計算渦街流量計壓力損失都有很好的參考價值。

    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;压力變送器和温度變送器分别用来测量管道内气体的压力和温度;差压變送器为电容式差压變送器,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;试验用渦街流量計的口徑爲100mm,其制作工藝符合渦街流量計的行業標准,采用的旋渦發生體爲三角柱體。管道內的流體介質爲空氣,管道直徑D=100mm,取壓孔P1、P2之間的距離爲5m。

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    3 渦街流量計壓力損失的測量

    传统测量孔板流量計壓力損失的方法如圖2所示,分別測出P1、P2兩點之間的靜壓力,所得差值即爲孔板壓力損失。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,通过差压變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,因此管道本身的壓力損失將不能忽略。對裝有渦街流量計時總的壓力損失ΔPt和管道本身的壓力損失ΔPp分別在不同的流速v下進行測量,用ΔPt減去ΔPp即爲渦街流量計壓力損失ΔPv,所得結果如表1所示。

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圖2 孔板流量計壓力損失的測量方法

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    4 壓力損失系數的誤差分析

    由下式计算渦街流量計壓力損失4:

    流量计信息网内容图片  (1)

    式中:ΔPV为涡街的壓力損失;Cd爲壓力損失系數;ρ爲流體密度;u爲氣體平均流速。

    由式(1)可见,壓力損失系數的准確度對壓力損失的計算很重要。Cd的大小一般由生産廠家給出,但即便是按照行業標准生産的同一型號的渦街流量計,生産廠家給出的Cd值差別也很大,對于用三角柱體做旋渦發生體的渦街流量計,廠家給出的Cd值一般在1.8~2.4之間。本試驗將壓力損失的试验数据與不同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取值会使壓力損失的计算值與试验值的误差随着流速的增加而增加。还可以看出,當Cd取2.2时與计算值與试验结果吻合的比較好,这时计算值與试验结果的误差不超过5%。当Cd取2.4、2.0、1.8时,與试验结果的最大误差分别达到18.78%、17.35%、33%,壓力損失系數Cd的取值對計算結果影響是較大的,在流速高時更明顯。

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图3 试验结果與计算结果的对比

    以上分析说明,仅通过渦街流量計壓力損失的计算公式来與孔板流量計壓力損失進行比較,不能保證較高的准確度。

    5 渦街流量計孔板流量計壓力損失的比較

  對于孔板流量計壓力損失,本文用ISO5167-2:2003给出的计算公式进行计算,计算结果與渦街流量計壓力損失的試驗結果進行比較。爲了更好地對渦街流量計壓力損失與孔板的壓力損失進行比較,本文選擇了有效流通面積相同的渦街流量計孔板流量計进行比较,这样的比較也才有意义。

    试验采用的渦街流量計旋渦發生體的截流面的寬度爲dv=28mm,流量計的直徑D=100mm,管道截面面積Sc=7854mm2,有效流通面積爲Sv=5054mm2。將渦街流量計的有效流通面積轉換爲孔的面積,則對應的有效孔徑比βv爲

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    取孔板流量計渦街流量計有效孔徑比最接近的值βo=0.8。根據Reader2Harris給出的流出系數的計算公式5,求得平均流出系數C=0.45。在2003年實施的孔板流量計的國際標准(ISO5167-2:2003)中,壓力損失系數K的計算公式爲

    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=3.42。

    计算壓力損失ΔPo的公式爲

    流量计信息网内容图片  (3)

    将流体密度ρ=1.205kg/m3與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計壓力損失曲線和渦街流量計壓力損失的試驗結果。

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图4 孔板與渦街流量計壓力損失

    从图4可以看出,在流通面积一定的情况下,孔板的壓力損失要大于渦街流量計,並且隨著流速的增加而增加。表2列出了在不同流速下,孔板流量計渦街流量計壓力損失,其中n爲孔板流量計渦街流量計壓力損失的比值。

    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壓力損失6,如圖5所示的流速爲4.2m/s時,不同流量計的壓力損失情況。其中孔板流量計的β=0.75;渦街流量計爲Foxboro公司生産的,口徑爲80mm;流體介質爲水,水的壓力爲6bar。

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图5 R.W.Miller试验结果

    图5中孔板和渦街流量計壓力損失比值大約爲1.5,比本文試驗結果稍小,這可能是因爲所采用的試驗流體介質不同所造成的,本文試驗采用的是空氣,R.W.Miller采用的是水,但兩個結果還是比較接近的。

    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,孔板流量計壓力損失渦街流量計的1.7倍左右。而在一些文獻中,給出的這一結果是相當大的,有的爲7倍多,甚至更大1,2,7。

    6 結論

    (1)壓力損失系數Cd的准確性對于渦街流量計壓力損失的計算影響比較大,對于旋渦發生體爲三角柱體的渦街流量計,當壓力損失系数Cd为2.2时,计算值與本试验结果吻合较好。

(2)孔板流量計壓力損失渦街流量計大,如果保證兩種流量計的有效流通面積相同,那麽孔板流量計壓力損失渦街流量計的1.7倍左右。

(责任编辑:AG视讯骰宝刷流水儀表)
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