1、測量原理及方法
煤氣流量計測量管道內流體流量時往往必須先了解其流動狀態、流速分布等。雷諾數是表征流體流動特性的一個重要參數。在不同的流動狀態下,流體的運動規律、流速的分布等都是不同的,因此雷諾數的大小決定了粘性流體的流動特性。雷諾數計算公式為:
由式(1)可知,雷諾數Re 的大小取決于4 個參數,即流體的密度(ρ)、速度(v)、流束的定型尺寸(D)以及工作狀態下的粘度(η)。外部條件幾何相似時,若它們的雷諾數相等,則流體流動狀態也是幾何相似的(流體動力學相似),這就是雷諾準則。渦街流量檢測原理為:在平行于管道截面放置一個非流線型棱柱體,棱柱體軸線與被測介質流向垂直,液體通過棱柱體時產生旋渦,其旋渦頻率正比于流速,因此,只要測出f,就能求得體積流量Q。公式為:
Q = f / K (2)
f = St×V/d (3)
由式(3) 可知,煤氣流量計儀表系數k 除了與漩渦發生體、管道的幾何尺寸有關外,還與斯特勞哈爾數(St)有關。St 是通過實驗確定的無因次數,如果其相對穩定的話,儀器的測量就比較。大量實驗證明,幾何形狀相同的漩渦發生體,無論尺寸大小,只要在相似的流場中(雷諾數Re 相等),就具有相同的St 數值,而且在一定的雷諾數范圍內, St 是一個常數。因此,本文在*雷諾數范圍內對渦街流量計在不同狀態下k 系數標定分別進行實驗,進而得到數據驗證煤氣流量計雷諾數相似原理。
2、實驗
本次測試采用的2 套標準裝置通過河北省質量技術監督局的考核認證。
裝置1: 1.0 級負壓法音速噴嘴氣體流量標準裝置———氣標。裝置2: 0.2級質量法水流量標準裝置———水標。被檢對象為1 臺脈沖輸出、準確度等級1.0 級、
儀表線性和重復性較好的ABG儀表集團DN50煤氣流量計。
3、實驗數據分析
(1) 檢測時盡量選擇流量點對應的雷諾數在2.0×104~ 7.2×106 范圍內,在此范圍內St 為定值,是煤氣流量計測量精度的保證范圍。并且在2 套裝置上流量點的雷諾數盡量相近,從而可以驗證分析煤氣流量計雷諾數相似原理。
(2) 流量計分別在液體流量標準裝置、氣體流量標準裝置上通過實際檢測得到的檢測數據見表1。
由表1 可知,2 套裝置各自檢測結果的儀表線性、重復性均合格。
但從2 個裝置檢測數據比對分析來看,在合適雷諾數范圍內,同樣1 臺檢測合格的煤氣流量計,在不同介質的標準裝置上儀表系數k 曲線趨勢大致相同,但是在同一雷諾數下的k 值有一定的偏差,zui大相差為0.2 P/m3 左右。
分析原因是氣體裝置和液體裝置之間的差異造成的,包括臺差和測量的差異。
氣水曲線對比如圖1 所示。
(3) 流量計在液體流量標準裝置分別在常溫水(21.7 ℃)、熱水(49.6 ℃) 下通過實際檢測得到的檢測數據見表2。
由表2 可知,儀表系數k 在冷、熱水中檢測的變化趨勢十分相近,并且在同一雷諾數下的一組k值的偏差很小,數據吻合較好,只有在雷諾數為2.0×105 時相差較大,原因為流量計重復性引起的誤差波動,可從該雷諾數下流量計重復性zui大印證此觀點。冷熱水曲線對比如圖2 所示。
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