质量流量计压力损失的能耗研究

　　1　引　言

　　随着科氏质量流量计越来越多地被应用于各种高精度计量场合,其计量准确度备受关注,而忽略了其实际使用时带来的压力损失。所谓压力损失是指流体经过仪表后,由于仪表振动管内径小于工艺管道的内径以及结构上的弯道等所造成的入口端和出口端的压力差。压力损失又称压力降,是一种永久性损失,其实质是能量消耗。因此,流量计仪表选型时,不仅要计算仪表的压力损失,判断流程是否能提供设计工艺流量,更应核算由此带来的能量消耗,这对实际工艺流程的节能降耗具有实际指导意义。①

     2.　液体在管道中流动时的压力损失

　　压力损失主要包括两方面:沿程压力损失和局部压力损失[1]。由液体流动时流体与管道之间的摩擦引起的压力损失,称之为沿程压力损失,主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度[2]等。局部压力损失是液体流经阀口、弯管、变化的通流截面等所引起的压力损失。

　　(1)沿程压力损失。

　　假设液体的流动是层流流动,其流动状态如图1所示。

　　液体在通流截面上的速度分布规律如图1(b)所示。液体在直径d的圆管中作层流运动,圆管水平放置,在管内取一通轴圆柱体,设其半径为r,长度为l,其沿程压力损失计算公式[1]为:

　　层流流动中各质点仅有沿轴向的规则运动,无横向运动。但紊流状态下液体各质点不再是有规则的轴向运动,而是在运动过程中互相渗混和脉动。这种极不规则的运动,引起质点间的碰撞,并形成旋涡,使紊流能量损失比层流大得多[3]。由于紊流流动现象极为复杂,完全用理论方法加以研究,至今尚未获得令人满意的成果,故目前仍用实验的方法加以研究,再辅以理论解释,因而紊流状态下液体流动的压力损失仍用式(1)计算,式中的λ值不仅与雷诺数Re有关,而且与管壁表面粗糙度Δ有关[4],具体的λ值计算见表1。

　　(2)局部压力损失。

　　局部压力损失是液体流经阀口、弯管、变化的通流截面等所引起的压力损失。液体通过这些地方时,由于液体流动方向和速度均发生变化,形成旋涡(如图2所示),使液体的质点间相互撞击,从而产生较大的能量损耗。

　　局部压力损失的计算式可以表示为:

　　(3)管路系统中的总压力损失。

　　管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和,即:

　　必须指出,应用上式计算总压力损失时,只有在两相邻局部损失之间的距离大于直径10~20倍时才成立,否则液体受前一个局部阻力的干扰还没稳定下来,就经历下一个局部阻力,它所受的扰动将更为严重,因而会使计算出的压力损失值比实际数值小得多。