被测介质为可压缩性流体的文丘里管的最新设计方法

　　1 概述

　　以节流装置为检测件的差压式流量计，占流量仪表的60%以上。1993年我国颁布了国家标准GBIT2624一1993流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量。在众多的节流装置中，文丘里管以其压力损失小、重复性好、精度高等优点得到了广泛的使用。

　　开封仪表厂先后为昆明钢铁公司、武汉钢铁公司、鞍钢等冶金部门设计、制造了DN600、800、l。以〕、12(X)、15(X)、l80()、2《XX〕、220()、2400、280()等大型文丘里管，特别是2002年5月开封仪表厂为东江、深圳第3期量水设备改造工程设计制造了DMoo、250、350、450、6(X)、800、10以)、1400等9个规格46台文丘里管，其系统精确度达到0.5%，充分显示了文丘里管的无可比拟的优越性，为国家的流量计量工作做出了卓越的贡献。

　　文丘里管基本方程为:

　　式中:

　　Qv为体积流量ma/s;

　　必为质量流量kg/s;

　　刀为直径比，刀=动。，;

　　C为流出系数，与文丘里管的结构形式有关;

　　D，为工况下的管道直径m;

　　p为密度k岁m3;

　　尸为差压Pa;

　　为流速膨胀系数。

　　当Qv单位取m狐，Q.单位取k妙，d和D。单位取mm时，

　　则方程变为:

　　文丘里管的设计一般为已知管道内径D，被测流体密度P，粘度N，等嫡指数K，流量Q，或Qv，差压』P,设计喉部直径d

　　对于可压缩性流体，如高炉煤气、空气、天然气等气体，由于。不等于1，因此使问题变得十分复杂，这正是本文所要论述的核心问题。根据GB/T2624-1993，则流束膨胀系数。为:

　　式中:

　　k为气体的等墒指数;

　　r为压力比。

　　在方程(l)、(2)、(3)、(4)中已知量为Q，Q、D、p、J，未知量为:和刀，只有当流束膨胀系数确定后才能设计出孔径比刀。但是:不仅与已知量尸，、只有关，而且与未知量刀有关。这时流量方程变成闭环方程。目前国际、国内普遍采用了一种被称为迭代法的近似计算方法。但是，迭代法计算繁琐，且其结果不是精确解。那么能不能求刀的精确解呢?我们找到了设计刀精确值的方法—直接求解法，其公式推导和思路如下。

　　2新的设计方法

　　仔细的观察一下流量基本方程，已知量为必或Q、J、p，而未知量为尸、尸、:，在流束膨胀系数:公式中，已知量为等墒指数k、压力比:、P、几，而未知量为:和厂。我们不访将。的公式代人流量基本方程，通过数学变换看是否能够推导出刀的公式呢?

　　2.1按基本方程(1)推导出的刀公式

　　(1)体积流量公式