西安華恒儀表制造有限公司是掌握流量計(jì)核心技術(shù)的流量計(jì)生產(chǎn)儀表廠家，擁有自主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和生產(chǎn)線。可以自主研發(fā)設(shè)計(jì)滿足各行業(yè)、各環(huán)境下的高精度流量計(jì)。今天和大家分享一下噴嘴流量計(jì)的工作原理。

　　隨著油氣田的開發(fā),高壓氣體的輸送和高壓大流量氣體流量的測(cè)量,需要大量的流量?jī)x表和標(biāo)準(zhǔn)裝置,臨界流噴嘴流量計(jì)在解決高壓大流量氣體流量計(jì)量問題中起到了重要作用,并得到了廣泛應(yīng)用20世紀(jì)70年代以來,英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、法國(guó)煤氣公司、英國(guó)煤氣公司工程研究所、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局、Colorado工程研究所、日本國(guó)量級(jí)概念的錯(cuò)誤

　　1　噴嘴流量計(jì)的工作原理

　　我們已經(jīng)知道,當(dāng)氣體流經(jīng)一個(gè)漸縮噴嘴時(shí),如果保持噴嘴上游端壓力P0和溫度T0不變,使其下游壓力P2逐漸減小,則通過噴嘴的氣體質(zhì)量流量qm將逐漸增加當(dāng)下游壓力P2下降到某一壓力PC時(shí),通過噴嘴的質(zhì)量流量將達(dá)到最大值qmax,此時(shí)噴嘴出口的流速已達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲賏如果繼續(xù)降低下游端壓力P2,通過噴嘴的質(zhì)量流量將不再增加,(如圖1所示),流速也保持音速不變我們將噴嘴出口的流速達(dá)到音速的壓力PC稱為臨界壓力,PCP0稱為臨界壓力比,此時(shí)通過噴嘴的流量稱為臨界流量

　　計(jì)量研究所以及我國(guó)的計(jì)量研究院等對(duì)臨界流噴嘴作了系統(tǒng)研究,現(xiàn)已為ISO采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO9300[1]但是,在臨界流噴嘴的實(shí)際應(yīng)用中,人們往往不能正確掌握使用方法而引起誤差使用流量公式時(shí)不能正確理解某些物理量的意義及使用單位,尤其是臨界流函數(shù)中的參數(shù)應(yīng)用,從而造成數(shù)為通用氣體常數(shù)(8.314kJkmol-1K-1),M為氣體分子量實(shí)際上,K和R都為流體物性參數(shù),所以,沒有必要將R分離出代表物性參數(shù)的臨界流函數(shù)

　　式(1)表示流經(jīng)噴嘴的質(zhì)量流量?jī)H與噴嘴入口處介質(zhì)性質(zhì)(K、R)及熱力學(xué)參數(shù)(P0、T0)有關(guān),而與下游狀態(tài)無關(guān)也即,當(dāng)下游壓力P2下降到臨界壓力以下時(shí),即使有所變動(dòng),通過噴嘴的質(zhì)量流量也保持恒定由氣體動(dòng)力學(xué)可知,臨界壓力比PCP0=

　　(2K+1)KK+1,例如對(duì)于空氣,常溫下K=1.4,PCP0 0.528顯然,這樣的壓力降(也即壓力損失)對(duì)于某些系統(tǒng)是不能允許的

　　為了減小臨界流噴嘴的壓力損失,近年來國(guó)內(nèi)外較常用的結(jié)構(gòu)是出口帶擴(kuò)壓管的臨界流文丘利噴嘴它可以使部分壓力得到恢復(fù),從而減小臨界流噴嘴的壓力損失目前較佳的結(jié)構(gòu)已可以使噴嘴前后的壓力比P2P0上升到0.9左右下面以臨界流文丘利噴嘴為例來討論臨界流噴嘴

　　由圖1可以看出,只要使噴嘴出口的壓力P2小于PC,那么,即使P2有所變動(dòng),通過噴嘴的流量也將保持為臨界流不變所以,我們可以利用臨界流噴嘴的這種&ldquo;恒流&rdquo;特性來標(biāo)定氣體流量計(jì)為了簡(jiǎn)化問題,其流量公式可以從簡(jiǎn)化的流體力學(xué)模型(理想氣體,一維,定常及等熵流)推導(dǎo)出來,然后加以系數(shù)修正求得實(shí)際流量由連續(xù)性方程和理想氣體一維定常等熵流的假設(shè)可得,質(zhì)量流量式(1)中,<稱為臨界流函數(shù),K為等熵指數(shù),R為氣體常數(shù);P0、T0分別為噴嘴入口處氣體滯止壓力和滯止溫度;At為噴嘴喉部面積有時(shí),質(zhì)量流量公式也表示成<和<3的差別如式(2)所示它們相差一

　　確定臨界流噴嘴的流出系數(shù)一般有以下3種方法:

　　①應(yīng)用基本的物理定理,列出數(shù)學(xué)方程式,用理論的方法求解而得到流出系數(shù)

　　②用測(cè)定內(nèi)部流場(chǎng)或外部流場(chǎng)的方法計(jì)算出通過噴嘴的實(shí)際流量,從而確定流出系數(shù)

　　③總特性的測(cè)量,即在氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行總特性試驗(yàn),標(biāo)定出流出系數(shù)

　　第一種方法實(shí)際上比較困難,它是用氣體動(dòng)力學(xué)原理來分析流體經(jīng)過噴嘴的特性以確定流出系數(shù)從理論上確定流出系數(shù)主要應(yīng)估計(jì)兩個(gè)因素,一是流體沿噴嘴管壁附面層的增長(zhǎng),使流體實(shí)際的流通面積減小;二是由于二維甚至多維流動(dòng)的影響在徑向方向上的速度梯度而引起的理論流量與實(shí)際流量之間的偏差

　　第二種方法,即內(nèi)流場(chǎng)法和外流場(chǎng)法,是為了解決高壓大流量臨界流噴嘴的標(biāo)定問題而提出的一種方法試驗(yàn)表明,內(nèi)流場(chǎng)法由于檢測(cè)時(shí)易擾亂原流場(chǎng),校驗(yàn)精度較低用外流場(chǎng)法測(cè)量臨界流噴嘴流出系數(shù),其不確定度為0.3?左右和PVTt法標(biāo)定結(jié)果比較,最大偏差為0.5%可見,外流場(chǎng)法不失為工程校測(cè)大流量臨界流噴嘴的有效方的理論流量,但是臨界流噴嘴實(shí)際工作時(shí)的條件與上述假設(shè)的條件是有差距的例如通過臨界流噴嘴的氣體并非理想氣體,其流動(dòng)也并非真正的一維定常等熵流等因素的影響,使得通過臨界流噴嘴的實(shí)際流量將小于式(1)計(jì)算得到的流量為此,我們引進(jìn)流出系數(shù)C來進(jìn)行修正這樣,通過臨界流噴嘴的實(shí)際質(zhì)量流量qm為

　　每一個(gè)臨界流噴嘴必須確定其流出系數(shù)C以對(duì)由于理論模型的簡(jiǎn)化而產(chǎn)生的理論質(zhì)量流量偏差進(jìn)行修正所以,流出系數(shù)是臨界流噴嘴的一個(gè)非常重要的參數(shù),國(guó)際上各流量實(shí)驗(yàn)室之間應(yīng)相互比對(duì)[2]流出系數(shù)C的準(zhǔn)確度實(shí)際上就表示了臨界流噴嘴本身的準(zhǔn)確度試驗(yàn)介質(zhì)為空氣或其它少數(shù)氣體,如氮、氦、氬等

　　),臨界流函數(shù)可由式(2)計(jì)算,它表明按照理想氣體及K和R為定值來計(jì)算有足夠的精度例如常溫常壓下的空氣,K=1.4,R=287.05則

　　但是現(xiàn)場(chǎng)條件可能很大地偏離上述條件,例如在高壓、低溫或比較接近液態(tài)時(shí)K和R都會(huì)發(fā)生顯著變化因此必須根據(jù)實(shí)際氣體的熱力學(xué)性質(zhì)導(dǎo)出此臨界流函數(shù)可以這么說,臨界流函數(shù)的計(jì)算已是臨界流噴嘴現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的一個(gè)十分重要的問題

　　實(shí)際氣體的臨界流函數(shù)計(jì)算是十分復(fù)雜的下面是幾種常用介質(zhì)的臨界流函數(shù)簡(jiǎn)便計(jì)算方法(經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)曲線圖)在實(shí)際工程中非常有用

　　以上就是噴嘴流量計(jì)的工作原理的全部?jī)?nèi)容，如有疑問，可以隨時(shí)聯(lián)系我們。