現(xiàn)代工程控制中的測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)(13-流量測(cè)量計(jì)算)

1、2021/8/1412-4 流量測(cè)量流量測(cè)量2-4-2 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)一. 基本原理與流量方程二. 流量系數(shù)與壓力損失a=f(b,ReD,kc/D)原始流量系數(shù)（光管）三.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置節(jié)流件、取壓裝置、節(jié)流件前后的直管段及阻力件 四. 流量測(cè)量誤差b2104212222ppACCvAQ2021/8/142五、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算五、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)（兩個(gè)命題） a) 根據(jù)節(jié)流裝置輸出p，計(jì)算相應(yīng)G或Q。此處，節(jié)流裝置為已知。 b) 根據(jù)流體條件和現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)采用的節(jié)流裝置。 計(jì)算公式 Dt、dt工作溫度下的管道和節(jié)流件開(kāi)孔直徑。按下式求得 D、d為材料線膨脹系

2、數(shù)，可查得（附表附表78）ReD計(jì)算式 或者：介質(zhì)動(dòng)力粘度，Pas； ：介質(zhì)運(yùn)動(dòng)粘度，m2s smpDQt/42322ab20120tDDDt20120tdddttDDG4RevDQtD4Re2021/8/1431. 設(shè)計(jì)計(jì)算的第一類(lèi)問(wèn)題 計(jì)算問(wèn)題 已知條件： 流體：p、t、流體種類(lèi)； 管道：D20、材料 節(jié)流件：d20、材料、形式、取壓方式求：相應(yīng)于的流量G（Q）常用方法：先假設(shè)ReD值（一般取ReD106），迭代計(jì)算。 計(jì)算步驟計(jì)算步驟 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)Dt、d t，b，kc/D, kc查表得（附表附表7-2）；）； 查表得（附表附表7-9、10）；、由p、t查表得 正式計(jì)算正式計(jì)算 20

3、21/8/1442)正式計(jì)算 假定(ReD)1106 求流量系數(shù)第一次值(a)1 a = a0rc(a0)1 由ReD、查表得（附表附表74、5）(rc)1 根據(jù)ReD 、r0=f(b, kc/D)查表、計(jì)算得 計(jì)算(G)1或(Q)1 (按流量公式) 計(jì)算 (ReD)2 (按ReD計(jì)算公式) 返回迭代 當(dāng)相鄰兩次算得的G或Q滿(mǎn)足 迭代結(jié)束，G=(G)2%2 . 0)()()(212GGG2021/8/1452. 設(shè)計(jì)計(jì)算的第二類(lèi)問(wèn)題 設(shè)計(jì)問(wèn)題 已知條件：已知條件： 流體:：p、t、Gmax、Gch、Gmin、流體種類(lèi)； 管道:：D20、材料、布置情況（空間、阻力件.） 其它要求：允許壓力損失、

4、測(cè)量精度等 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)任務(wù)： 選擇節(jié)流件形式、取壓方式 確定節(jié)流件開(kāi)孔直徑 確定節(jié)流件前后最小直管段 計(jì)算流量測(cè)量誤差2021/8/146 思路分析 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，首先選擇節(jié)流件形式及取壓方式。 原則：依據(jù)對(duì)流量測(cè)量的誤差要求、允許壓力損失、現(xiàn)場(chǎng)條件等，結(jié)合各種節(jié)流裝置及取壓方式的特點(diǎn)進(jìn)行 節(jié)流件選擇 孔板：簡(jiǎn)單、省工省料，精度較低、壓損大。要求低時(shí)用，給水流量。 噴嘴：復(fù)雜、費(fèi)工費(fèi)料，精度較高、壓損小。要求高時(shí)用，主汽流量。 取壓方式選擇 亦按原則考慮。 確定節(jié)流件開(kāi)孔直徑 公式中未知數(shù)多，a、p，難以直接求d。 四未知數(shù)中，真正獨(dú)立的只有、p，設(shè)法確定二者之一，可解決。 2021/8/

5、1472021/8/148 直管段確定及測(cè)量誤差計(jì)算（按前述確定） 設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟（設(shè)計(jì)實(shí)例（教材教材p215） ）. 已知條件：流體：過(guò)熱蒸汽；流量：Gmax70kg/s,Gch=55.5kg/s,Gmin=28kg/s允許壓力損失：dp6104 Pa 管道內(nèi)徑：D200.221m (材料12CrMoV新無(wú)縫管）管路情況：阻力件190o彎頭；阻力件2全開(kāi)閘閥。1）設(shè)計(jì)要求給出：節(jié)流件形式噴嘴； 取壓方式角接取壓 差壓計(jì)選定精度、最大壓差、壓力。2) 輔助計(jì)算、準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 管道參數(shù)：計(jì)算Dt ，查表求D（附表附表78），有Dt0.2226 m2021/8/149計(jì)算D/kc：查表求kc（附表附

6、表72），有D/kc =2226 流體參數(shù)：計(jì)算 pp表pD13.6 MPa。查表 3.18510-5Pas查表 38.37kgm3 求雷諾數(shù) 用于求a 用于校準(zhǔn)設(shè)計(jì)出的是否能使a在測(cè)量范圍內(nèi)基本是常數(shù)。本例最小雷諾數(shù)大于106，對(duì)的選擇無(wú)影響。 3) 確定壓差上限pmax，計(jì)算正常流量對(duì)應(yīng)的壓差pch 確定pmax：61097. 94tcheDchDGR6minmin1003. 54teDDGR2021/8/1410 確定pmax： pmax的選擇，對(duì)流量測(cè)量的許多方面有影響，應(yīng)綜合考慮諸方面因素。 測(cè)量精度： pmax精度 測(cè)量范圍： pmax范圍 最小直管段：pmaxl1、l2 壓力損失

7、； pmaxp 考慮諸因素，會(huì)有矛盾。一般以某一因素為主，兼顧其余（教材教材p214）。 如設(shè)計(jì)要求給出了允許最大壓力損失p，則pmax的選擇為：則 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)孔板， 選 pmax（2一2.5）p 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴， 選 pmax（33.5）p，本例可選： pmax3dp=1.8105 Pa2021/8/1411 將選取的pmax符合（園整到）現(xiàn)有壓差計(jì)系列值。本例，取pmax1.6105Pa。 如選用的壓差計(jì)量程可大范圍自由調(diào)整，此步可省。 檢查，pmax應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足 對(duì)可壓縮流體 應(yīng)使pmax 10 6 (標(biāo)準(zhǔn)噴嘴)，ao2已不再與ReD有關(guān)，可利用ReD106查表。（對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板，ReD極限值為1

8、0 7） 求、rc =f(b, p2/p1, ReD) （附表附表7-9、10） 可根據(jù)()1、p2/p1、查表得 本例 =0.9940 r0=f(b, kc/D) ， （附表附表7-3） r0可由()1，查表得 本例 rcr011Relg120nrrDc2021/8/1413 求()2按求得的、rc值，可對(duì)（ao2）1進(jìn)行修正，得 本例 (a0b2)2=0.5164查附表7-4、7-5，得()2，作為正式 本例 =()2 =0.6938 求aa=a0rc, a0=f(b, ReD)（附表附表7-4、5）本例 aa01.0716 求開(kāi)孔徑d20 本例 d200.1529 m查附表7-8(1Cr

9、18Ni9Ti，現(xiàn)已淘汰，改用304或316)，d18.210-6 crbaba12022020120120tDtdddtdtb2021/8/14144） 驗(yàn)算流量 按設(shè)計(jì)出的開(kāi)孔直徑計(jì)算正常流量，并與給定正常流量比較。若 則計(jì)算無(wú)誤。 本例：計(jì)算結(jié)果為0.07%，故計(jì)算無(wú)誤。 5） 檢驗(yàn)壓力損失pmax 若 d pmax 0.55, 偏低，25106 m2s），須實(shí)液標(biāo)定。2021/8/1421四. 渦街流量計(jì) 1工作原理與流量方程 利用卡門(mén)旋渦列的原理測(cè)流量。在流體中垂直于流向插入一對(duì)稱(chēng)、非流線型柱狀物。流速大于一定值時(shí)，流體繞過(guò)柱體會(huì)在其兩側(cè)交替出現(xiàn)漩渦，并輪流地從柱體上分離出來(lái)，形成漩

10、渦列，也稱(chēng)為卡門(mén)渦街 穩(wěn)定漩渦列中，單側(cè)漩渦頻率f 與柱體兩側(cè)流速v間關(guān)系： St為斯特拉哈爾數(shù) St與Red有關(guān),在一定Red范圍內(nèi)為常數(shù)St與柱體形狀有關(guān)：圓柱體 St0.21，三角柱體 St0.16dvStf 2021/8/1422 流量方程流量方程 根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性原理Q=A1v1=A2v2，設(shè) m=A2/A1 對(duì)于圓柱體，可以證明： 當(dāng)時(shí)d/D 0.3，有 故渦街流量計(jì)的流量方程 其中， 為流量系數(shù) )sin1(21122DdDdDdmDdm25. 11ffStDddDvAQ)25. 11 (4222StDddD)25. 11 (422021/8/14232旋渦頻率檢測(cè)方法旋渦頻率檢測(cè)

11、方法 渦街流量計(jì)由漩渦發(fā)生體、感測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)三部分組成。 旋渦頻率檢測(cè)主要方法： 熱絲式 應(yīng)變電阻式 熱敏電阻式 超聲波式 超聲波頻率檢測(cè)方法超聲波頻率檢測(cè)方法 發(fā)射電路產(chǎn)生等幅振蕩電信號(hào)加到發(fā)射換能器上，使之產(chǎn)生連續(xù)等幅超聲波，發(fā)射到流體中，透過(guò)管壁到達(dá)接收換能器。當(dāng)漩渦通過(guò)聲束時(shí)，使聲束產(chǎn)生折射和反射，引起偏轉(zhuǎn)，接收換能器收到的聲能減小，輸出減小。漩渦通過(guò)后，接收換能器輸出恢復(fù)到原先的幅值。故漩渦的頻率就是超聲信號(hào)被調(diào)制的頻率。接收電路檢出此頻率信號(hào)，即為旋渦發(fā)生頻率。 2021/8/14242. 特點(diǎn)與使用 測(cè)量精度高，一般為0.5-1級(jí) 輸出信號(hào)只與流速有關(guān)，幾乎不受流體壓力、溫度、粘度和密度等影響 測(cè)量范圍大，量程比可達(dá)100：1 壓損小 使用條件： 直管段要求：上游不小于15D；下游不小于5D。