摘要(yào):孔闆流(liu)量計
廣(guang)泛用于(yú)測量液(yè)體或氣(qi)體的流(liu)量,本文(wen)對選用(yong)孔闆流(liu)量計中(zhong)的一些(xiē)複雜的(de)計算過(guò)程作了(le)一些合(hé)理的簡(jian)化,同時(shí)提供了(le)程序算(suan)法。
孔闆(pan)流量計(ji)構造簡(jian)單、制造(zào)方便。因(yin)此,盡管(guan)其能量(liang)損失較(jiao)大,工業(ye)上及實(shi)驗室中(zhōng)仍被廣(guǎng)泛用于(yú)測量液(ye)體或氣(qi)體的流(liu)量。
當流(liú)量已定(ding),要求選(xuǎn)擇合适(shi)的孔闆(pan)流量計(ji),或孔闆(pan)流量計(ji)已定,要(yao)求核算(suàn)給定條(tiáo)件下的(de)經濟技(ji)術指标(biāo)時,雖然(ran)給定的(de)條件不(bú)同,但問(wèn)題的焦(jiāo)點卻完(wán)全一緻(zhi),即需要(yào)根據流(liu)量确定(dìng)孔闆流(liú)量計的(de)孔流系(xì)數或根(gen)據孔闆(pan)流量計(jì)的銳孔(kǒng)截面與(yu)管道截(jié)面之比(bǐ)核算孔(kǒng)流系數(shù)。确定孔(kǒng)闆流量(liàng)計的孔(kong)流系數(shù)實際上(shang)是一複(fu)雜的非(fēi)線性函(han)數及方(fang)程組的(de)求解過(guo)程,随着(zhe)計算機(ji)的廣泛(fan)應用,給(gei)此類求(qiu)解過程(chéng)帶來了(le)便利。本(ben)文闡述(shu)了選用(yòng)孔闆流(liu)量計時(shí)計算中(zhōng)的一些(xie)合理的(de)簡化過(guò)程,同時(shi)提供了(le)程序算(suàn)法。
1标準(zhǔn)孔闆流(liu)量系數(shu)C0與Re、A0/A1的關(guān)系
根據(jù)孔闆流(liu)量計測(ce)壓方式(shì)、結構尺(chi)寸及加(jia)工狀況(kuàng)等均已(yǐ)規定的(de)标準孔(kong)闆,其流(liu)量系數(shù)C0可寫成(chéng)以下函(han)數關系(xi):
C0= F(Re,A0/A1) (2)
式中Re= d1u1ρ/μ,即(ji)爲以圓(yuan)管管徑(jìng)d1計算的(de)雷諾數(shù),A0/A1爲孔闆(pǎn)銳孔截(jié)面A0與圓(yuan)管截面(miàn)A1之比值(zhi)。
由實驗(yan)獲得的(de)标準孔(kong)闆流量(liang)系數C0與(yu)Re、A0/A1的關系(xi)[1]可知,當(dang)Re增大至(zhi)一定值(zhi)後C0不再(zai)随Re變化(hua),即當Re≥ Rec時(shí),(2)式可寫(xiě)成:
C0= F'(A0/A1) (3)
Rec稱臨(lín)界雷諾(nuo)數,不同(tóng)A0/A1的各标(biao)準孔闆(pǎn)其C0、Rec列于(yu)表1中,根(gēn)據(1)式,流(liú)量計測(ce)定流量(liàng)時必須(xu)有确定(ding)的C0,故由(yóu)Rec來确定(dìng)其能準(zhun)确測出(chu)的最小(xiǎo)流量Vmin。
2孔(kǒng)闆流量(liàng)計的阻(zu)力損失(shī)與測量(liàng)範圍
孔(kong)闆流量(liang)計的能(néng)量損失(shi)較大,流(liu)體在流(liu)道收縮(suo)中和在(zai)孔闆前(qián)後的突(tu)然縮小(xiǎo)與突然(ran)擴大中(zhong)均會造(zao)成阻力(lì)損失。孔(kong)闆流量(liang)計的阻(zu)力損失(shi)hf可寫成(chéng):
hf=ζu02/2=ζC02gR(ρi-ρ)/ρ (4)
式(4)中的(de)ζ爲局部(bu)阻力系(xì)數,其值(zhi)一般取(qǔ)0.8,式中R值(zhí)爲U形壓(ya)差計的(de)讀數,其(qí)表明孔(kong)闆銳孔(kǒng)截面(A0)越(yuè)小,銳孔(kǒng)流速u0越(yuè)大,讀數(shu)R值越大(da),則阻力(li)損失hf随(suí)之增大(da)。由于流(liu)量V與銳(rui)孔流速(sù)u0成正比(bi),故R∝V2。由此(ci)可見,流(liú)量的微(wēi)小變化(huà)将導緻(zhì)讀數R的(de)較大變(biàn)化,而R值(zhí)受U形壓(ya)差計的(de)長度的(de)制約,R有(you)一最大(dà)值Rmax;由于(yu)視差原(yuan)因,R越小(xiao),孔闆流(liú)量計的(de)相對誤(wu)差越大(dà),故在允(yǔn)許誤差(cha)下,R有一(yī)最小值(zhi)Rmin。
若(ruo)要擴大(da)孔闆流(liu)量計的(de)測量範(fan)圍,勢必(bi)要使Rmax增(zēng)大,而Rmax的(de)大小則(zé)完全與(yu)U形壓差(cha)計的長(zhǎng)度有關(guan),況且孔(kong)闆流量(liang)計測量(liàng)範圍增(zēng)大,其阻(zu)力損失(shi)驟增,經(jing)濟上很(hěn)不合算(suàn)。
因此,孔(kong)闆流量(liàng)計在測(ce)定流量(liang)時有一(yi)允許測(ce)量範圍(wéi),此範圍(wéi)又受R值(zhí)Rmin與Rmax的影(yǐng)響。在确(què)定的孔(kǒng)闆流量(liàng)計情況(kuang)下(即A0/A1一(yi)定),由R值(zhi)的範圍(wéi)可以确(què)定流量(liang)V的範圍(wei)Vmax與Vmin:
3孔闆(pǎn)流量計(ji)的選用(yong)
當所測(cè)定的流(liu)量範圍(wei)被确定(dìng)以後,從(cong)經濟的(de)角度出(chū)發,應選(xuǎn)擇合适(shi)的流量(liang)計,其給(gěi)定的條(tiao)件通常(cháng)有以下(xia)内容:
測(ce)定流量(liàng)範圍:Vmin∽ Vmax
輸(shū)送管道(dào)管徑:d1
輸(shu)送流體(tǐ)物性:密(mi)度μ;粘度(dù)ρ
壓差計(ji)的數據(ju):介質密(mi)度ρi;讀數(shu)允許相(xiàng)對誤差(cha)α;讀數允(yun)許絕對(duì)誤差δ;最(zuì)大刻度(dù)R。
根據讀(dú)數允許(xǔ)相對誤(wu)差和讀(dú)數允許(xǔ)絕對誤(wu)差可以(yǐ)計算适(shi)合流量(liang)範圍的(de)最小雷(léi)諾數:
Remin= 4ρVmin/πd0μ (9)
用(yong)所求出(chu)的Remin值看(kan)作臨界(jiè)雷諾數(shù)Rec與表(1)對(duì)照,選取(qǔ)最爲接(jiē)近的标(biāo)準孔闆(pan)流量計(ji),以其對(duì)應的C0,A0/A1代(dai)入(5)至(8)式(shì)計算,若(ruò)孔闆流(liú)量計阻(zu)力損失(shi)太大(Rmax> R)或(huo)讀數相(xiang)對誤差(chà)不符合(he)要求(δ/Rmin>α),都(dou)需要重(zhòng)新選擇(zé)孔闆(即(ji)使A0/A1= A0/A1+ 0.1),計算(suàn)步驟或(huò)算法如(rú)圖1所示(shi),如此反(fan)複進行(hang),可以十(shi)分快捷(jie)地選擇(ze)到最爲(wei)适宜的(de)孔闆。
當(dāng)管路上(shang)已經裝(zhuāng)有标準(zhun)孔闆流(liú)量計時(shi),需要計(jì)算孔闆(pǎn)流量計(jì)允許的(de)流量範(fàn)圍及校(xiào)核Re值,有(yǒu)時符合(hé)讀數允(yun)許相對(duì)誤差的(de)U形壓差(cha)計最小(xiǎo)刻度所(suǒ)對應的(de)流量下(xià)管内流(liú)體的Re值(zhi)達不到(dao)标準孔(kǒng)闆流量(liang)計的臨(lin)界雷諾(nuò)值(即Remin< Rec)時(shí),其Vmin則用(yong)下式計(jì)算:
Vmin= 0.7854Recd0/ρ (10)
當流(liu)量計被(bei)确定以(yǐ)後,往往(wang)需要得(dé)知流量(liàng)與壓差(cha)的關系(xì),算法的(de)最後給(gěi)出了對(duì)應的輸(shū)出過程(chéng)。
4結束語(yu)
用計算(suàn)機來選(xuan)擇孔闆(pan)流量計(ji),準确而(ér)又快捷(jie),同時又(yòu)避免了(le)人爲的(de)經驗判(pan)斷以及(ji)試差計(jì)算的麻(ma)煩。流量(liang)計的合(he)理選用(yong),方便實(shi)驗操作(zuò),同時對(dui)減小實(shi)驗數據(ju)的誤差(cha)具有重(zhong)要意義(yi)。本文提(ti)出了選(xuǎn)用孔闆(pǎn)流量計(ji)的計算(suàn)步驟與(yǔ)算法,并(bìng)對某些(xiē)計算過(guo)程如查(chá)圖等作(zuò)了必要(yào)的簡化(huà),算法的(de)最後還(hai)給出了(le)選用孔(kǒng)闆流量(liàng)計後流(liu)量與壓(yā)差的關(guān)系,供應(yīng)用時參(can)考。
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