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V锥流量计基本参数的意义

V锥流量计基本参数的意义
① 流出系数(C)【9l
流经节流装置的流体的实际流量与理论流量的比值。
一个锥形流量计的流出系数C是在充分发展的紊流和无旋转流的理想流动
条件下,在合格的流量校准装置上经实验校准得出的。如果锥形流量计的上游
管道中流体的速度分布发生畸变或有旋转流,则该流量计的流出系数c会产生
与速度分布畸变程度和旋转流强度相关的附加误差。
② 等效直径比(0,)
工况下,节流装置中节流件附近的最小流通横截面面积与管道流通横截面
面积之比的平方根为直径比B[10l。
当对于V锥流量计是,等效直径比: 展;睁=丁-d,z) (2-1)
③ 管道雷诺数(ReD)
以管道内径为特征长度,用以表征管道内流体流动特性的一个流体动力学
相似准数.当流体在管内流动时,雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之
比的无量纲数【l¨。雷诺数Re的基本公式为:
Re=V L/V (2—2)
式中:v一流体的平均流速,米/秒;
L一流动的特征长度,米;
v一流体的运动粘度,米2/秒。
当管道雷诺数ReD<2000时为层流状态;
当管道雷诺数RED>4000时为紊流状态;
当管道雷诺数ReD在2000与4000之间时,为过渡区.
④ 速度分布‘12】
流体在管内流动时,喷嘴流量计任一横截面上各点轴向流速通常用二维图形来表示,
即称之为速度分布。它是一个表示沿管道直径各点速度值如何变化的平面图形。
受实际流体的粘性和边界层影响,充分发展的流体速度分布与ReD和管道
内壁粗糙度有关。一般呈旋转对称的中凸曲面形状。三种不同的典型速度分布
的示例如图2—2、图2—3、图2—4所示。
图2—2在层流状态下的速度分布图2--3在紊流状态下的速度分布
在层流状态下,速度分布为抛物面形状.管道中心处的最大流速v。。是平
均流速的2倍(图2—2)。在紊流状态下,在很长的直管段的下游处速度分布
将变得非常平坦(图2—3).管道中心处的最大流速V。。是平均流速的1.2倍。
在此状态下的速度分布称为“充分发展的紊流速度分布”。
然而,当管道中出现了弯头、阀门、流量计或其它扰流件时,速度分布就
是发生严重畸变。在同一弯头下游5D和20D处,两个典型的不对称的速度分
布如图2--4所示。
图2—4在同一弯头下游5D和20D处所测得的速度分布
⑤ 旋转流和涡流l引
文丘里流量计管道中的弯头、阀门、流量计或其它扰流件还会在流动的流体中产生旋转
流.当流体通过一个弯头时,弯头外侧的流体流过的距离要比内侧长。这样就
会以非常复杂的方式破坏原有的流型。其结果就是在弯头后的直管段中产生一
个流体的旋转运动A.这种旋转运动A会叠加在原来向前的流体运动B上。关
于此效应的简化的示意图如图2--5所示.
图2—5由一个单弯头所引起的旋转流
当然最强烈的干扰旋转流是一种三维旋转的流动,即涡流.在非常接近的
两个扰流件或在不同平面的双弯头的下游就会产生涡流.它会使得流体的流动
曲线变成螺旋状旋转前进,并在一个很长的距离内一直都保持这种流动形式,
如图2—6、图2--7、图2—8、图2—9、图2一10所示.
图2—6单弯头流体状况(紊流)
图2--7单弯头流体状况(层流)
在高雷诺数条件下,涡流的衰减率是每单位管径长度衰减4%,而在低雷
诺数条件下每单位管径长度仅衰减2%.这就是说,在一仓假定管径为100 mm
的管道中,当涡流沿管道向下游移动时,现有涡流的强度将每经过100 mm衰
减4%(或2%)。
图2--8紊流经过单弯头示意图
图2—9双弯头流体状况
图2--10紊流经过单弯头示惹图
这就是我们平时采用直管段的原因:通过一定长度的直管段来消除涡流的
影响。必要时,可通过安装一个流动调整器来抑制强烈的涡流。对于锥形流量
计无需流动调整器就可抑制强烈的涡流。
⑥流体的密度(P)与比容(V。)
流体的密度P是指单位体积流体的质量。流体的比容V。是它的密度的倒数。
即:
p=I/V, (2—3)
被测流体的密度,对于流量测量结果准确度的影响,与差压处于同等重要
地位.因此,必须对流体的密度P进行精确的计算.
⑦流体的粘度[131
粘度是流体内部或分子间对剪切应力阻抗的一种量度。在测量流量时,为
了计算管道雷诺数ReD或确定其它参数,需要知道流体的粘度。当使用锥形流
量计时,由于雷诺数的精确度对流出系数的影响较小,所以对粘度和雷诺数的
计算精度不必要求过高.流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。常用的
表示粘度的方法有两种:动力粘度和运动粘度。
动力粘度(又称绝对粘度),常用lI表示。动力粘度的SI制单位是Pa·S,
但常用的物理单位是厘泊(cP).1 cP=100Pa·S。
运动粘度(又称比密粘度),常用v表示。流体的动力粘度除以流体的密
度就是它的运动粘度.v=p Ip。运动粘度的sI制单位是m2IS,但常用的物理
单位是厘沱(cSt)。1 cSt=104 m2/S.
随着温度升高,粘度会很快减小.
⑧等熵指数(K)
在等熵过程中,气体(或蒸汽)介质压力相对变化与密度相对变化的比值.
K=p/p(6 p16 P)S (2—4)
式中:S一熵。
对于理想气体,等熵指数等于比热比f14】。【即定压比热(CP)与定容比热
(C,)的比值】。
⑨气体压缩系数(z)
表示气体偏离理想气体性质的程度。它是一个无量纲数,它是气体温度T、
压力P和组分的函数.Z的表达式:[151
z=pM/pRT (2—5)
式中;M一气体的分予量,kg/kg tool:
R-.气体常数,R=8.31441Jl(g mol K);
p一气体的密度,kg/m3;
⑩管道内壁粗糙度
粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特
性.
管道雷诺数ReD和管道内壁粗糙度是影响速度分布的主要参数。管道内壁
粗糙度对降低能源消耗也有明显作用.为评定管道内壁租糙度,一般常用下列
参数[161:
a)轮廓算术平均偏差R。,以长度单位表示.Rl系指在取样长度内,轮廓
偏距绝对值的算术平均值,或在取样长度内,被测轮廓上各点至轮廓中线的距
离的绝对值的总和的平均值.
b)等效绝对粗糙度k,以长度单位表示。对于一个基本上为正弦波形状、
具有较小间距和蜂谷所组成的轮廓,为简化计算,可以假定km竹R。。