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 介质粘性对转子流量计影响与修正
发布时间:2018-03-12

  本文应用流体力学有关理论探讨了介质拈性时转子流量计示值影响的基本规律,并以甘油水溶液为工作介质,在流量标准装置上获得了国产LZB一巧,10,6三种转子流量计统一的拈性修正公式。研究结果表明,时所试验的仪表,理论研究与实验结果的趋势基本一致,统一的拈性修正公式与实验值的最大偏差为3.3%。
  转子流量计由于具有结构简单、成本低廉、使用方便、量程范围宽等优点,广泛地应用于工业生产及科学研究中,但是转子流量计的使用如同其他流量计一样,遇到标定介质与使用介质粘性不一致的问题.即转子流量计在标定条件下使用标定介质所获得的刻度流量,当使用在实际工作条件下工作介质的粘性与标定介质不同时,它的刻度应当作如何修正.对于这个问题,国内外许多学者作了大量的研究.这些研究从方法上讲可分为两大类,一类着重于尽可能地消除粘性影响的新型浮子的设计t’l,以期避开由于标定介质与工作介质粘性不同引起的示值修正;另一类研究则是着眼于对现有的转子流量计通过试验找出其粘性修正曲线,获得在不同粘性的工作介质下流量的转换关系〔“~6].
  上述两种方法对转子流量计粘性影响的研究有一定的推动作用,但从目前的工作来看尚存在一定的问题.采用第一种方法,可以找到一种粘性影响减小很多的浮子,如盘形浮子的粘性影响即为老式浮子的25%,但盘形浮子重量小,这样转子流量计的量程也小,无法用于实际生产。此外,尽管盘形浮子的粘性影响极大地降低,但问题是仍然存在粘性影响,因此还是要寻求粘性影响的修正.对第二种方法,目前大都用机油作工作介质,并用加温改变粘性的办法来获得实验曲线.众所周知,采用对机油加温的办法,实际上改变了介质的3个参数,即温度、粘度、密度。这3个对转子流量计有影响的参数中,密度的影响是可以区分出来的;但是温度与粘度的影响互相交叉,很难区分。因此由这些实验得到的结果,实际上至少是两个因素影响的综合,不能获得介质粘性这单一因素对转子流量计示值的影响及其修正.迄今为止的上述两个方面的研究还有一个问题是均为实验研究,理论研究偏少.鉴于上述情况,本文拟运用流体力学基本理论,分析转子的运动,导出转子流量计的数学模型,从而得出转子流量计粘性修正的理论曲线。在实验中采用不同浓度的甘油作介质并将实验结果进行密度修正,得到以理论为基础,经实验验证的转子流量计粘性修正公式.
1转子流量计的数学模型
转子流量计的转子在处于某一平衡位置时受到下述几个力的作用(见图1):自上而下的力
a.浮子重力Gf=ρfVfg
式中ρf—浮子的平均密度
Vf—浮子的体积g
g—当地重力加速度
b.流体对浮子顶部的压力p2
自下而上的力
a.浮子所受的浮力
Ff=pVfg
式中ρ—介质的密度
b.流体对浮子底部的压力p1
c.浮子与被测介质的粘性摩擦力N,这个力有两个分量N,与N2,鉴于锥管及浮子的轴对称性,N,自相平衡.
浮子在平衡位置时的力平衡方程为
P1S+N2+F1=P2S+G1???????????????????? (1)
即(P1- P2) S+ N2=(ρf-ρ)Vfg??????????????? (2)
式中S—浮子最大截面积
浮子处在任一平衡位置时P1- P2为常数,因此从式(2)有Nz=const?? (3)???????
假设浮子处于某一平衡位置时,浮子与管壁间流体流动为层流,有

式中t—流动流体的切应力
m—介质粘度
u—r方向流体速度分量
uz—Z方向流体速度分量
对锥管锥度较小的转子流量计有



  从式(16)即可由已知粘度为m1的介质,其通过转子流量计流量为Q,浮子最大横截面所在平面锥管半径为RI2max的情形时;求得粘度为m2的介质,流量同样为Q时,浮子最大横截面所在平面锥管的半径为RII2max.由此即可知道浮子的相应位置,从而求得粘度为产:的介质通过锥管时的流量与浮子位置的关系。再与已知的召:介质的流量与浮子位置关系曲线比较,即可获得转子流量计的粘度修正曲线。
  理论计算结果见图2,3,4的虚线.从图中可以看出:随着介质粘度的上升,介质流量明显下降.这是因为在介质粘度上升的同时,浮子为了保持其粘性阻力的不变性而减小速度的径向梯度,导致介质流量的减小.这个趋势与式(10)的结果是一致的.


2实验研究
本文用动态质量法标准装置测量通过转子流量计的介质流量.使用的介质为甘油水溶液,即用在甘油中加入不等量水的办法来改变介质的粘度。
在甘油中加入水以后,在介质粘度发生变化的同时介质的密度也发生变化.为了将介质密度变化对转子流量计示值的影响与介质粘性变化对转子流量计示值的影响区分开来.先用下式将所有实验数据都修正到与20℃水的密度对应的流量值

实验采用国产LZB-15 LZB-10 LZB-6玻璃转子流量计,每种各实验2台.没个流量刻度在每个粘度值时测量3次取平均,实验结果见图2 3 4的实线.
折现曲线课回归成下述关系:
Q=a(m)+b(m)m+c(m) m2??????????????????????? (18)
式中m=R2/R1
由于这些不同型号的转子流量计各不几何相似,也不流体动力相似,因此上述a,b,c对不同型号的转子流量计是不相同的。
对于LZB一15型
a=374.15一2224.4 m +1834.8 m2
b=38.675一38.254m一1.6394 m2
e=一0.077771一1.0519m+1.6394 m2
对于LzB一10型
a=-775.42 +726.9m
b=15.86一16.475 m
c=-0.17857 +0.196 m
对于LZB-6型
a=-155.641 +154.726m
b=6.2479+7.602m
c=一0.061789 +0.12932 m
理论计算的结果与实验值的最大偏差不超过3.3%
3讨论
a.本文在理论模型推导时实际上用的是一元流动模型,因此对锥管锥度小的玻璃转子流量计理论与实验值吻合较好.
b.本文的理论结果是在层流流动前提下得到的.研究证明对LZB一15, LZB一10,LZB一6三类转子流量计理论计算与实验基本一致,因此对这些流量计该模型是可行的。
c.由于条件的限制,本文的研究,特别是试验对象的品种、规格、数量都不多,因此可能使本文的试验结果产生很大的局限性,只能是个方法性的探讨,大量的问题有待于继续研究。

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