1.試驗(yàn)方案
在正壓法音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上,通過(guò)調(diào)節(jié)滯止壓力來(lái)改變介質(zhì)密度,在4個(gè)不同介質(zhì)密度條件下,分別對(duì)50mm口徑渦街流量計(jì)進(jìn)行大量的試驗(yàn)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，主要從兩方面考察介質(zhì)密度變化對(duì)渦街流量計(jì)流量特性的影響:
(1)考察渦街流量計(jì)儀表系數(shù)受密度變化影響程度,驗(yàn)證卡曼渦街理論;
(2)考察渦街流量計(jì)測(cè)量下限隨密度改變的變化趨勢(shì),從理論角度給予解釋。
2.試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析
為了保證音速噴嘴在喉部達(dá)到音速,并結(jié)合穩(wěn)壓閥的調(diào)壓范圍，試驗(yàn)選擇在表壓0.13MPa、0.2MPa、0.3MPa.0.4MPa下進(jìn)行,對(duì)應(yīng)空氣介質(zhì)密度分別為2.774kg/m³、3.619kg/m³、4.782kg/m³、5.987.kg/m³。由于高壓儲(chǔ)氣罐的容量有限(12m³),為避免當(dāng)流量大時(shí)管道內(nèi)壓力下降迅速，試驗(yàn)最大流量點(diǎn)選擇在176m³/h(對(duì)應(yīng)流速為25m/s);最小流量點(diǎn)即流量下限正是本文要研究的流量特性之一，由試驗(yàn)結(jié)果而定。試驗(yàn)嚴(yán)格按照國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程進(jìn)行,在每個(gè)介質(zhì)密度下整個(gè)流量范圍內(nèi)壓力變化不超過(guò)1kPa,在每個(gè)流量點(diǎn)的每一次檢定過(guò)程中,壓縮空氣溫度變化不超過(guò)0.5℃
根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),可繪制出如圖3不同空氣密度下渦街儀表系數(shù)隨流量變化曲線,并得到渦街流量計(jì)的流量特性見(jiàn)表1。
式中:(Ki)max、(Ki)min為各流量點(diǎn)系數(shù)Ki中最大值、最小值;Kij為第i個(gè)流量點(diǎn)第j次儀表系數(shù)值;Ki為.第i個(gè)流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)。
從圖3和表1可總結(jié)出以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)不同密度下渦街各點(diǎn)儀表系數(shù)隨流量變化曲線K-qv具有很好的相似性。小流量下K值波動(dòng)較大,在流量點(diǎn)22m³/h處達(dá)到峰值,之后K值趨于常數(shù)且隨著密度的增大穩(wěn)定性愈好,這是因?yàn)?影響渦街儀表系數(shù)的斯特勞哈爾數(shù)Sr是雷諾數(shù)Re的函數(shù),而Re的定義為:
式中:μ為動(dòng)力粘度。在流速U相同情況下，ρ變大時(shí)Re也相應(yīng)變大,根據(jù)Sr-Re曲線(5),Sr將更加趨于平坦,故K值隨著介質(zhì)密度的增大穩(wěn)定性愈好。
(2)隨著介質(zhì)密度的增大,渦街流量計(jì)儀表系數(shù)變化很小，最大相對(duì)誤差為:
因而驗(yàn)證了卡曼渦街理論得出的渦街流量計(jì)幾乎不受流體密度變化影響的特點(diǎn),非常適合于氣體流量測(cè)量。
(3)隨著介質(zhì)密度的增大，渦街流量計(jì)不確定度和線性度基本不變,渦街流量計(jì)準(zhǔn)確度為1.5級(jí),且不受流體密度變化影響。
(4)隨著介質(zhì)密度的增大,渦街流量計(jì)流量下限降低,量程擴(kuò)大。這是因?yàn)?由公式(2)可知,作用在旋渦發(fā)生體上的升力FL與被測(cè)流體的密度ρ和流速U平方成正比。當(dāng)壓縮空氣密度ρ升高時(shí),在保證渦街流量計(jì)的檢測(cè)靈敏度(即升力F)不變的情況下,測(cè)量流速U會(huì)相應(yīng)降低,那么渦街流量計(jì)的.流量下限qvmin也會(huì)相應(yīng)降低,上述過(guò)程可表示為下式:
式中α為常數(shù),可見(jiàn)流量下限qvmin與相應(yīng)狀態(tài)下空氣密度平方根的倒數(shù)即ρmin-1/2成正比,這就是渦街流量計(jì)流量下限隨介質(zhì)密度增大而降低現(xiàn)象出現(xiàn)的理論分析。結(jié)合表1中實(shí)際數(shù)據(jù),繪出qvmin~ρmin-1/2曲線,見(jiàn)圖4。
由圖4可見(jiàn),試驗(yàn)得到的qvmin~ρmin-1/2曲線基本符合公式(10)所述的線性關(guān)系,只是在空氣密度為4.782kg/m³點(diǎn)處誤差較大,這是由于音速噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)于流量點(diǎn)調(diào)節(jié)的非連續(xù)性造成的(在流量點(diǎn)14.8m³/h與9.9m³/h之間無(wú)中間流量點(diǎn))。 |
