内锥流量计可膨胀系数实验研究

　　1　引　言

　　上世纪90年代初期,人们普遍认为内锥流量计的可膨胀系数大致与喷嘴、文丘里管相同,但随着研究的深入,研究者们逐渐对此产生了怀疑。研究[1]显示内锥流量计的可膨胀系数ε介于孔板与文丘里管之间,并据经验公式的形式[2 ]拟合出式(1)的经验公式:

式中:β为节流比;Δp为差压值;κ为等熵值数,对于空气,κ≈1·4;p1为内锥流量计上游取压值。2001年,D·G·Stewart等人分别研究了V-Cone和Wafer-Cone两种类型内锥流量计的可膨胀系数[2,3]。在英国国家工程实验室(NEL)进行了实验,拟合了式(2)、(3)的可膨胀系数公式:

　　表明V-Cone和Wafer Cone虽然同属内锥流量计,但由于结构上的差异,两者在某些参数和规律上是不尽相同的。

　　由于内锥流量计的结构尚未实现标准化,本文在分析和借鉴前人研究成果的基础上,给出了可膨胀系数计算公式的模型研究及实验方法,并通过实验数据拟合出了具体的公式形式。

　　2　实验装置与实验方法

　　2·1　正压法临界流音速喷嘴气体流量标准装置

　　实验是在天津大学过程参数检测与控制实验室(TMCL)的正压法临界流音速喷嘴气体流量标准装置上进行的,流程图如图1所示。

　　实验气源由两台容积均为200 m3/h的空气压缩机提供,之后气体进入两个相串联的储气罐,每个储气罐容积为13 m3,储气罐出口处的稳压阀保证其下游的气体压力稳定在设定值,被检表安装在稳压阀下游的实验管道上,下游装有气动调节阀,由计算机控制,气动调节阀之后是滞止容器,音速喷嘴安装在滞止容器上游,共11个,可根据需要自由组合,每个喷嘴下游有各自的气动阀门,由计算机控制气动阀门的开关,空气经喷嘴后由管道排向室外,管道末端装有消音装置。临界流音速喷嘴的不确定度优于0·2%;工作压力0·16~0·5MPa可调;流量范围:1~650 m3/h(工况下);被检表口径范围:DN25~DN100;系统不确定度优于0·5%。差压变送器选用横河EJA110A,满量程精度0·075%,量程0~100 kPa,并可利用具有HART协议的EJA手操器根据实际需要进行量程的调整。

　　2·2　内锥流量计实验样机设计

　　内锥流量计的结构设计包括锥体、测量管体、引压孔、支撑管、法兰等。锥体、样机,见图2。实验样机内径设计为50 mm,测量管一件,节流比选择了0·45、0·55、0·65、0·75的锥体。

　　2·3　实验方法

　　理论与实验研究表明,可膨胀系数ε与雷诺数、口径无关,对于给定的节流装置,节流比已知,ε只取决于差压、上游静压和等熵指数[2~4]。本研究根据正压法临界流音速喷嘴气体流量标准装置的特点,通过音速喷嘴组合的方法,改变雷诺数实验范围,进行了研究工作。表1给出了各个节流比β下的p2/p1的实验范围。