摘要(yao):孔闆(pan)流量(liang)計
廣(guang)泛用(yong)于測(ce)量液(ye)體或(huo)氣體(ti)的流(liu)量,本(ben)文對(dui)選用(yong)孔闆(pan)流量(liang)計中(zhong)的一(yi)些複(fu)雜的(de)計算(suan)過程(cheng)作了(le)一些(xie)合理(li)的簡(jian)化,同(tong)時提(ti)供了(le)程序(xu)算法(fa)。
孔闆(pan)流量(liang)計構(gou)造簡(jian)單、制(zhi)造方(fang)便。因(yin)此,盡(jin)管其(qi)能量(liang)損失(shi)較大(da),工業(ye)上及(ji)實驗(yan)室中(zhong)仍被(bei)廣泛(fan)用于(yu)測量(liang)液體(ti)或氣(qi)體的(de)流量(liang)。
當流(liu)量已(yi)定,要(yao)求選(xuan)擇合(he)适的(de)孔闆(pan)流量(liang)計,或(huo)孔闆(pan)流量(liang)計已(yi)定,要(yao)求核(he)算給(gei)定條(tiao)件下(xia)的經(jing)濟技(ji)術指(zhi)标時(shi),雖然(ran)給定(ding)的條(tiao)件不(bu)同,但(dan)問題(ti)的焦(jiao)點卻(que)完全(quan)一緻(zhi),即需(xu)要根(gen)據流(liu)量确(que)定孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的孔(kong)流系(xi)數或(huo)根據(ju)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)銳孔(kong)截面(mian)與管(guan)道截(jie)面之(zhi)比核(he)算孔(kong)流系(xi)數。确(que)定孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的孔(kong)流系(xi)數實(shi)際上(shang)是一(yi)複雜(za)的非(fei)線性(xing)函數(shu)及方(fang)程組(zu)的求(qiu)解過(guo)程,随(sui)着計(ji)算機(ji)的廣(guang)泛應(ying)用,給(gei)此類(lei)求解(jie)過程(cheng)帶來(lai)了便(bian)利。本(ben)文闡(chan)述了(le)選用(yong)孔闆(pan)流量(liang)計時(shi)計算(suan)中的(de)一些(xie)合理(li)的簡(jian)化過(guo)程,同(tong)時提(ti)供了(le)程序(xu)算法(fa)。
1标準(zhun)孔闆(pan)流量(liang)系數(shu)C0與Re、A0/A1的(de)關系(xi)
根據(ju)孔闆(pan)流量(liang)計測(ce)壓方(fang)式、結(jie)構尺(chi)寸及(ji)加工(gong)狀況(kuang)等均(jun)已規(gui)定的(de)标準(zhun)孔闆(pan),其流(liu)量系(xi)數C0可(ke)寫成(cheng)以下(xia)函數(shu)關系(xi):
C0= F(Re,A0/A1) (2)
式中(zhong)Re= d1u1ρ/μ,即爲(wei)以圓(yuan)管管(guan)徑d1計(ji)算的(de)雷諾(nuo)數,A0/A1爲(wei)孔闆(pan)銳孔(kong)截面(mian)A0與圓(yuan)管截(jie)面A1之(zhi)比值(zhi)。
由實(shi)驗獲(huo)得的(de)标準(zhun)孔闆(pan)流量(liang)系數(shu)C0與Re、A0/A1的(de)關系(xi)[1]可知(zhi),當Re增(zeng)大至(zhi)一定(ding)值後(hou)C0不再(zai)随Re變(bian)化,即(ji)當Re≥ Rec時(shi),(2)式可(ke)寫成(cheng):
C0= F'(A0/A1) (3)
Rec稱臨(lin)界雷(lei)諾數(shu),不同(tong)A0/A1的各(ge)标準(zhun)孔闆(pan)其C0、Rec列(lie)于表(biao)1中,根(gen)據(1)式(shi),流量(liang)計測(ce)定流(liu)量時(shi)必須(xu)有确(que)定的(de)C0,故由(you)Rec來确(que)定其(qi)能準(zhun)确測(ce)出的(de)最小(xiao)流量(liang)Vmin。
2孔闆(pan)流量(liang)計的(de)阻力(li)損失(shi)與測(ce)量範(fan)圍
孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的能(neng)量損(sun)失較(jiao)大,流(liu)體在(zai)流道(dao)收縮(suo)中和(he)在孔(kong)闆前(qian)後的(de)突然(ran)縮小(xiao)與突(tu)然擴(kuo)大中(zhong)均會(hui)造成(cheng)阻力(li)損失(shi)。孔闆(pan)流量(liang)計的(de)阻力(li)損失(shi)hf可寫(xie)成:
hf=ζu02/2=ζC02gR(ρi-ρ)/ρ (4)
式(shi)(4)中的(de)ζ爲局(ju)部阻(zu)力系(xi)數,其(qi)值一(yi)般取(qu)0.8,式中(zhong)R值爲(wei)U形壓(ya)差計(ji)的讀(du)數,其(qi)表明(ming)孔闆(pan)銳孔(kong)截面(mian)(A0)越小(xiao),銳孔(kong)流速(su)u0越大(da),讀數(shu)R值越(yue)大,則(ze)阻力(li)損失(shi)hf随之(zhi)增大(da)。由于(yu)流量(liang)V與銳(rui)孔流(liu)速u0成(cheng)正比(bi),故R∝V2。由(you)此可(ke)見,流(liu)量的(de)微小(xiao)變化(hua)将導(dao)緻讀(du)數R的(de)較大(da)變化(hua),而R值(zhi)受U形(xing)壓差(cha)計的(de)長度(du)的制(zhi)約,R有(you)一最(zui)大值(zhi)Rmax;由于(yu)視差(cha)原因(yin),R越小(xiao),孔闆(pan)流量(liang)計的(de)相對(dui)誤差(cha)越大(da),故在(zai)允許(xu)誤差(cha)下,R有(you)一最(zui)小值(zhi)Rmin。
若(ruo)要擴(kuo)大孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的測(ce)量範(fan)圍,勢(shi)必要(yao)使Rmax增(zeng)大,而(er)Rmax的大(da)小則(ze)完全(quan)與U形(xing)壓差(cha)計的(de)長度(du)有關(guan),況且(qie)孔闆(pan)流量(liang)計測(ce)量範(fan)圍增(zeng)大,其(qi)阻力(li)損失(shi)驟增(zeng),經濟(ji)上很(hen)不合(he)算。
因(yin)此,孔(kong)闆流(liu)量計(ji)在測(ce)定流(liu)量時(shi)有一(yi)允許(xu)測量(liang)範圍(wei),此範(fan)圍又(you)受R值(zhi)Rmin與Rmax的(de)影響(xiang)。在确(que)定的(de)孔闆(pan)流量(liang)計情(qing)況下(xia)(即A0/A1一(yi)定),由(you)R值的(de)範圍(wei)可以(yi)确定(ding)流量(liang)V的範(fan)圍Vmax與(yu)Vmin:
3孔闆(pan)流量(liang)計的(de)選用(yong)
當所(suo)測定(ding)的流(liu)量範(fan)圍被(bei)确定(ding)以後(hou),從經(jing)濟的(de)角度(du)出發(fa),應選(xuan)擇合(he)适的(de)流量(liang)計,其(qi)給定(ding)的條(tiao)件通(tong)常有(you)以下(xia)内容(rong):
測定(ding)流量(liang)範圍(wei):Vmin∽ Vmax
輸送(song)管道(dao)管徑(jing):d1
輸送(song)流體(ti)物性(xing):密度(du)μ;粘度(du)ρ
壓差(cha)計的(de)數據(ju):介質(zhi)密度(du)ρi;讀數(shu)允許(xu)相對(dui)誤差(cha)α;讀數(shu)允許(xu)絕對(dui)誤差(cha)δ;最大(da)刻度(du)R。
根據(ju)讀數(shu)允許(xu)相對(dui)誤差(cha)和讀(du)數允(yun)許絕(jue)對誤(wu)差可(ke)以計(ji)算适(shi)合流(liu)量範(fan)圍的(de)最小(xiao)雷諾(nuo)數:
Remin= 4ρVmin/πd0μ (9)
用(yong)所求(qiu)出的(de)Remin值看(kan)作臨(lin)界雷(lei)諾數(shu)Rec與表(biao)(1)對照(zhao),選取(qu)最爲(wei)接近(jin)的标(biao)準孔(kong)闆流(liu)量計(ji),以其(qi)對應(ying)的C0,A0/A1代(dai)入(5)至(zhi)(8)式計(ji)算,若(ruo)孔闆(pan)流量(liang)計阻(zu)力損(sun)失太(tai)大(Rmax> R)或(huo)讀數(shu)相對(dui)誤差(cha)不符(fu)合要(yao)求(δ/Rmin>α),都(dou)需要(yao)重新(xin)選擇(ze)孔闆(pan)(即使(shi)A0/A1= A0/A1+ 0.1),計算(suan)步驟(zhou)或算(suan)法如(ru)圖1所(suo)示,如(ru)此反(fan)複進(jin)行,可(ke)以十(shi)分快(kuai)捷地(di)選擇(ze)到最(zui)爲适(shi)宜的(de)孔闆(pan)。
當管(guan)路上(shang)已經(jing)裝有(you)标準(zhun)孔闆(pan)流量(liang)計時(shi),需要(yao)計算(suan)孔闆(pan)流量(liang)計允(yun)許的(de)流量(liang)範圍(wei)及校(xiao)核Re值(zhi),有時(shi)符合(he)讀數(shu)允許(xu)相對(dui)誤差(cha)的U形(xing)壓差(cha)計最(zui)小刻(ke)度所(suo)對應(ying)的流(liu)量下(xia)管内(nei)流體(ti)的Re值(zhi)達不(bu)到标(biao)準孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的臨(lin)界雷(lei)諾值(zhi)(即Remin< Rec)時(shi),其Vmin則(ze)用下(xia)式計(ji)算:
Vmin= 0.7854Recd0/ρ (10)
當(dang)流量(liang)計被(bei)确定(ding)以後(hou),往往(wang)需要(yao)得知(zhi)流量(liang)與壓(ya)差的(de)關系(xi),算法(fa)的最(zui)後給(gei)出了(le)對應(ying)的輸(shu)出過(guo)程。
4結(jie)束語(yu)
用計(ji)算機(ji)來選(xuan)擇孔(kong)闆流(liu)量計(ji),準确(que)而又(you)快捷(jie),同時(shi)又避(bi)免了(le)人爲(wei)的經(jing)驗判(pan)斷以(yi)及試(shi)差計(ji)算的(de)麻煩(fan)。流量(liang)計的(de)合理(li)選用(yong),方便(bian)實驗(yan)操作(zuo),同時(shi)對減(jian)小實(shi)驗數(shu)據的(de)誤差(cha)具有(you)重要(yao)意義(yi)。本文(wen)提出(chu)了選(xuan)用孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的計(ji)算步(bu)驟與(yu)算法(fa),并對(dui)某些(xie)計算(suan)過程(cheng)如查(cha)圖等(deng)作了(le)必要(yao)的簡(jian)化,算(suan)法的(de)最後(hou)還給(gei)出了(le)選用(yong)孔闆(pan)流量(liang)計後(hou)流量(liang)與壓(ya)差的(de)關系(xi),供應(ying)用時(shi)參考(kao)。
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