摘要:由于整套實(shi)驗室标定裝置價(jià)格昂責,氣液标準(zhun)裝置無法全面覆(fu)蓋,對于不同介質(zhì)渦街流量計
無法(fǎ)實現計量檢測,通(tōng)過對渦街流量計(ji)測量特性做簡要(yào)介紹,在理論分析(xī)可行性的前提下(xià),結合兩套标準裝(zhuāng)置在不同介質、相(xiang)同溫度下對儀表(biao)K系數進行标定對(dui)比的現場實驗,實(shi)驗結果表明,外部(bù)條件幾何相似時(shí),若渦街流量計的(de)雷諾數在相應精(jing)度區間内時,斯特(tè)羅哈爾數Sr近似于(yu)穩定常數值,則其(qí)儀表K系數近乎相(xiang)似，利用不同介質(zhi)檢測出的流量計(jì)誤差有一定參考(kǎo)價值。
引言
渦街流(liu)量計是基于馮卡(ka)門發現的渦旋穩(wen)定性理論，通過測(cè)量穩定的漩渦頻(pin)率而實現流量計(jì)量的,而漩渦産生(shēng)的頻率隻與流體(ti)流速、斯特羅哈爾(er)數Sr、漩渦發生體的(de)形狀和特征寬度(du)b有關。渦街流量計(ji)輸出與流量成正(zheng)比的脈沖信号。斯(sī)特羅哈爾數Sr與漩(xuan)渦.發生體形狀及(ji)雷諾數有關,因此(ci)雷諾數與渦街流(liu)量計有着精密的(de)關聯。雷諾數是一(yi)種用來表征流體(ti)流動情況的無量(liang)綱數，物理.上表示(shì)慣性力和黏性力(lì)量級之比，利于雷(lei)諾數可區分流體(tǐ)的流動是層流還(hái)是紊流。當流體流(liú)經的兩根管子的(de)外部幾何條件相(xiang)似時,如果雷諾數(shu)相等，則對應微團(tuán)的慣性力和黏性(xìng)力之比相.等,也就(jiù)是流體流動狀态(tai)幾何相似。實際應(yīng)用中,在漩渦發生(shēng)體形狀固定時，雷(léi)諾數Re在2x104~7x106時,斯特羅(luó)哈爾數在此雷諾(nuò)數範圍内,基本是(shi)一個常數。本文通(tong)過實驗方法對渦(wō)街流量計在上述(shù)雷諾數區間内,在(zai)同口徑相同溫度(dù)下,利用不同介質(zhi)進行計量标定,繪(hui)制成曲線,并對實(shi)驗結果進行分析(xi)和解釋。
測量原理(lǐ)和方法
卡門渦街(jie)現象是指流體遇(yu)到垂直插入管道(dào)中的非流線型阻(zu)流件時,會繞過阻(zǔ)流件流動，産生漩(xuán)渦分離的現象，形(xing)成有規則的漩渦(wo)列,而左右兩側漩(xuán)渦的旋轉方向是(shì)相反的。根據卡門(men)渦街原理,漩渦發(fā)生頻率與管内平(ping)均流速u有以下關(guān)系:
式中:b爲阻流件(jian)寬度,m;u爲流經流量(liàng)計的平均流速，m/s;f爲(wèi)漩渦頻率,Hz;Sr爲斯特(te)羅哈爾數。
渦街流(liú)量計的K系數是單(dān)位體積的流體流(liú)過流量計時，流量(liàng)計産生的脈沖數(shu)。由(1)式可知,漩渦産(chan)生頻率與平均流(liu)速、漩渦發生體形(xíng)狀及幾何尺寸,斯(sī)特羅哈爾數相關(guan)。而查閱相關資料(liao),經過大量實驗證(zheng)明,斯特羅哈爾數(shu)Sr與雷諾數相關關(guan)系圖如1所示
由圖(tu)1可知,當雷諾數在(zai)2x104~7x106時,斯特羅哈爾數(shù)在此雷諾數範圍(wei)内,基本是一個常(chang)數。由此可知,在漩(xuán)渦發生體形狀和(he)尺寸固定的情況(kuàng)下,隻要将雷諾數(shù)控制在此區間範(fàn)圍内，流速和頻率(lü)直接相.關,因此，利(lì)用不同介質對渦(wo)街流量計的K系數(shu)進行标定時具有(you)理論基礎和可行(háng)性的。
雷諾數的計(jì)算公式如下:
式中(zhōng):ρ爲流體密度,kg/m³;v爲流(liú)體流速,m/s;D爲流場的(de)特征長度(圓形管(guǎn)道爲管道當量直(zhí)徑),m;η爲流.體的動力(li)黏度，Pa's。
由式(2)得知,雷(léi)諾數取決于流體(tǐ)密度、流體流速、流(liú)經管道尺寸、流體(ti)的動力黏度。
本文(wén)研究目的，是将雷(lei)諾數控制在最佳(jiā)區間内，利用水和(hé)空氣兩種介質對(duì)渦街流量計K系數(shu)進行計量檢定,得(dé)出實驗數據,從而(er)驗證利用不同介(jie)質在其.他條件相(xiàng)似條件下對同口(kǒu)徑同一渦街流量(liàng)計進行計量檢定(ding)得出的誤差結果(guǒ)是否可信。
2實驗
本(ben)次實驗采用由江(jiang)蘇省計量科學研(yán)究院考核通過的(de)2套社會公用計量(liàng)标準對同一渦街(jie)流量計進行.檢測(ce)。
裝置1:靜态質量法(fa)水流量标準裝置(zhi)(0.1級);
裝置2:音速噴嘴(zui)氣體流量标準裝(zhuāng)置(∪rel=0.33%，k=2)
被檢表:線性和(he)重複性較好的1.0級(jí)某廠家DN50渦街流量(liàng)計(脈沖輸出)
對于(yú)DN50口徑,液體渦街流(liu)量計标準流量範(fàn)圍爲4~40m³/h;氣體渦街流(liu)量計标準流量範(fan)圍爲30~300m³/h.
流量是指單(dān)位時間内流經封(feng)閉管道有效截面(miàn)的流體量,換算成(chéng)流速。對于DN50口徑,液(ye)體渦街流量計标(biāo)準流量範圍爲0.57~5.66m/s;氣(qì)體渦街流量計标(biāo)準流量範圍爲4.24~42.44m/s.
由(you)于本次實驗在恒(heng)溫恒濕實驗室内(nei)進行,介質溫度變(bian)化可忽略不計,都(dou)在20℃。20℃時,水的密度爲(wèi)998.232kg/m³;動力黏度爲1.0050x10-3Pa·s;20℃時，空(kong)氣的密度爲1.205kg/m³;動力(li)黏度爲1.8107x10-5Pa·s。
計算得出(chu):對于DN50口徑,液體渦(wō)街流量計雷諾數(shu)範圍爲2.831x104~2.811x105;氣體渦街(jie)流量計雷諾數範(fàn)圍爲1.411x104~1.412x105由上看出，氣(qì)體渦街最小流量(liàng)測量點雷諾數已(yi)不在精度保證範(fàn)圍之内,同時,根據(jù)JJG1029--2007《渦街流量計檢定(ding)規程》,氣體渦街流(liu)量計在流量點在(zài)qt(0.2qmax)以下時,1.0級渦街流(liú)量計誤差允許達(da)到±2%，此時的K值對我(wǒ)們的研究有不确(que)定性,因此,選取qt(0.2qmax)及(jí)以上流量點(包括(kuo)0.2qmax-0.4qmax>qmax),利用兩套标準裝(zhuang)置對上述流量點(diǎn)進行檢測。
3實驗數(shù)據分析
由上頁圖(tu)1可見,在相應雷諾(nuò)數區間内，用水和(he)氣對渦街流量計(jì)儀表K系數進行标(biao)定的誤差僅相差(chà)0.5%左右，不會引起明(míng)顯誤差。
4結語
通過(guò)本次實驗,在相應(ying)雷諾數區間内,用(yong)不同介質對DN50渦街(jie)流量計K系數進行(hang)标定,誤差基本一(yi)緻。所以,對于1.5級及(jí)以下等級渦街流(liú)量計的标定,如果(guo)受制于條件所限(xian),檢測裝置不全面(mian),用音速噴嘴氣體(ti)流量标準裝置和(hé)靜态質量法水流(liu)量标準裝置互相(xiang)代替檢測是具有(you)可行性的。該實驗(yan)中仍有一些不.足(zú):兩套标準裝置一(yi)套屬于正壓法檢(jian)測,一套屬于負壓(ya)法檢測,由于檢測(cè)設備工作方式的(de)一些區别和台位(wei).差,存在着一些不(bu)确定度,但如果兩(liǎng)種檢測設備的精(jīng)度等級都控制在(zai)較高範圍内,該不(bu)确定度對于精度(du)等級較低的渦街(jie)流量計是可以忽(hu)略不計的。
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