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孔板流量计的合理选用
发布时间:2018-09-20

摘要:孔板流量计广泛用于测量液体或气体的流量,本文对选用孔板流量计中的一些复杂的计算过程作了一些合理的简化,同时提供了程序算法。
  孔板流量计构造简单、制造方便。因此,尽管其能量损失较大,工业上及实验室中仍被广泛用于测量液体或气体的流量。
当流量已定,要求选择合适的孔板流量计,或孔板流量计已定,要求核算给定条件下的经济技术指标时,虽然给定的条件不同,但问题的焦点却完全一致,即需要根据流量确定孔板流量计的孔流系数或根据孔板流量计的锐孔截面与管道截面之比核算孔流系数。确定孔板流量计的孔流系数实际上是一复杂的非线性函数及方程组的求解过程,随着计算机的广泛应用,给此类求解过程带来了便利。本文阐述了选用孔板流量计时计算中的一些合理的简化过程,同时提供了程序算法。
1标准孔板流量系数C0与Re、A0/A1的关系
  根据孔板流量计测压方式、结构尺寸及加工状况等均已规定的标准孔板,其流量系数C0可写成以下函数关系:
C0= F(Re,A0/A1) (2)
式中Re= d1u1ρ/μ,即为以圆管管径d1计算的雷诺数,A0/A1为孔板锐孔截面A0与圆管截面A1之比值。
  由实验获得的标准孔板流量系数C0与Re、A0/A1的关系[1]可知,当Re增大至一定值后C0不再随Re变化,即当Re≥ Rec时,(2)式可写成:
C0= F'(A0/A1) (3)
  Rec称临界雷诺数,不同A0/A1的各标准孔板其C0、Rec列于表1中,根据(1)式,流量计测定流量时必须有确定的C0,故由Rec来确定其能准确测出的最小流量Vmin。

2孔板流量计的阻力损失与测量范围
  孔板流量计的能量损失较大,流体在流道收缩中和在孔板前后的突然缩小与突然扩大中均会造成阻力损失。孔板流量计的阻力损失hf可写成:
hf=ζu02/2=ζC02gR(ρi-ρ)/ρ (4)
  式(4)中的ζ为局部阻力系数,其值一般取0.8,式中R值为U形压差计的读数,其表明孔板锐孔截面(A0)越小,锐孔流速u0越大,读数R值越大,则阻力损失hf随之增大。由于流量V与锐孔流速u0成正比,故R∝V2。由此可见,流量的微小变化将导致读数R的较大变化,而R值受U形压差计的长度的制约,R有一最大值Rmax;由于视差原因,R越小,孔板流量计的相对误差越大,故在允许误差下,R有一最小值Rmin。
孔板流量计流量计算公式
  若要扩大孔板流量计的测量范围,势必要使Rmax增大,而Rmax的大小则完全与U形压差计的长度有关,况且孔板流量计测量范围增大,其阻力损失骤增,经济上很不合算。
  因此,孔板流量计在测定流量时有一允许测量范围,此范围又受R值Rmin与Rmax的影响。在确定的孔板流量计情况下(即A0/A1一定),由R值的范围可以确定流量V的范围Vmax与Vmin:

3孔板流量计的选用
  当所测定的流量范围被确定以后,从经济的角度出发,应选择合适的流量计,其给定的条件通常有以下内容:
测定流量范围:Vmin∽ Vmax
输送管道管径:d1
输送流体物性:密度μ;粘度ρ
压差计的数据:介质密度ρi;读数允许相对误差α;读数允许绝对误差δ;最大刻度R。
根据读数允许相对误差和读数允许绝对误差可以计算适合流量范围的最小雷诺数:
Remin= 4ρVmin/πd0μ (9)
  用所求出的Remin值看作临界雷诺数Rec与表(1)对照,选取最为接近的标准孔板流量计,以其对应的C0,A0/A1代入(5)至(8)式计算,若孔板流量计阻力损失太大(Rmax> R)或读数相对误差不符合要求(δ/Rmin>α),都需要重新选择孔板(即使A0/A1= A0/A1+ 0.1),计算步骤或算法如图1所示,如此反复进行,可以十分快捷地选择到最为适宜的孔板。
  当管路上已经装有标准孔板流量计时,需要计算孔板流量计允许的流量范围及校核Re值,有时符合读数允许相对误差的U形压差计最小刻度所对应的流量下管内流体的Re值达不到标准孔板流量计的临界雷诺值(即Remin< Rec)时,其Vmin则用下式计算:
Vmin= 0.7854Recd0/ρ (10)
当流量计被确定以后,往往需要得知流量与压差的关系,算法的最后给出了对应的输出过程。
4结束语
  用计算机来选择孔板流量计,准确而又快捷,同时又避免了人为的经验判断以及试差计算的麻烦。流量计的合理选用,方便实验操作,同时对减小实验数据的误差具有重要意义。本文提出了选用孔板流量计的计算步骤与算法,并对某些计算过程如查图等作了必要的简化,算法的最后还给出了选用孔板流量计后流量与压差的关系,供应用时参考。
孔板流量计的程序算法示意图

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