西安華恒儀表制造有限公司是主要生產(chǎn)孔板流量計(jì),電磁流量計(jì),v錐流量計(jì),污水流量計(jì),蒸汽流量計(jì),空氣流量計(jì)的儀表廠家，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)原理。

　　隨著油氣田的開發(fā),高壓氣體的輸送和高壓大流氣體流的測(cè),需要大的流儀表和標(biāo)準(zhǔn)裝置,臨界流噴嘴流計(jì)在解決高壓大流氣體流計(jì)問題中起到了重要作用,并得到了廣泛應(yīng)用20世紀(jì)70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、日本國(guó)Colorado工程研究所、級(jí)概念的錯(cuò)誤家計(jì)研究所以及我國(guó)的計(jì)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)[1]ISO9300但是,在臨界流噴嘴的實(shí)際應(yīng)用中,人們往往能正確掌握使用方法而引起誤差使用流公式時(shí)能正確解某些物的意義及使用單位,尤其是臨界流函數(shù)中的參數(shù)應(yīng)用,從而造成數(shù)。

　　臨界流噴嘴的結(jié)構(gòu)及工作原

　　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P0和溫度T0變,使其下游壓P2逐漸減小,則通過噴嘴的氣體質(zhì)流qm將逐漸增加，當(dāng)下游壓P2下降到某一壓PC時(shí),通過噴嘴的質(zhì)流將達(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P2,通過噴嘴的質(zhì)流將再增加,(如圖1所示),流速也保持音速變，我們將噴嘴出口的流速達(dá)到音速的壓PC稱為臨界壓,PCP0稱為臨界壓比,此時(shí)通過噴嘴的流稱為臨界流。
 

　　表示流經(jīng)噴嘴的質(zhì)流僅與噴嘴入口處介質(zhì)性質(zhì)(K、R)及熱學(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P2下降到臨界壓以下時(shí),即使有所變動(dòng),通過噴嘴的質(zhì)流也保持恒定，由氣體動(dòng)學(xué)可知,臨界壓KK+1,例如對(duì)于空氣,常溫比PCP0=(2K+1)下K=1.4,PCP00.528，顯然,這樣的壓降(也即壓損失)對(duì)于某些系統(tǒng)是能允許的，為了減小臨界流噴嘴的壓損失,近來國(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，它可以使部分壓得到恢復(fù),從而減小臨界流噴嘴的壓損失，目前較佳的結(jié)構(gòu)已可以使噴嘴前后的壓比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P2小于PC,那么,即使P2有所變動(dòng),通過噴嘴的流也將保持為臨界流變，所以,我們可以利用臨界流噴嘴的這種恒流特性來標(biāo)定氣體流計(jì)，為了簡(jiǎn)化問題,其流公式可以從簡(jiǎn)化的流體學(xué)模型(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，由連續(xù)性方程和想氣體一維定常等熵流的假設(shè)可得,質(zhì)流式(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和滯止溫度;At為噴嘴喉部面積，有時(shí),質(zhì)流公式也表示成<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:

　?、賾?yīng)用基本的物定,列出數(shù)學(xué)方程式,用論的方法求解而得到流出系數(shù)，

　?、谟脺y(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,從而確定流出系數(shù)，③總特性的測(cè),即在氣體流標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)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)學(xué)原來分析流體經(jīng)過噴嘴的特性以確定流出系數(shù)，從論上確定流出系數(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論流與實(shí)際流之間的偏差，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)擾亂原流場(chǎng),校驗(yàn)精度較低，用外流場(chǎng)法測(cè)臨界流噴嘴流出系數(shù),其確定度為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)法失為工程校測(cè)大流臨界流噴嘴的有效方臨界流噴嘴的流出系數(shù)式(1)表示的質(zhì)流只是符合假設(shè)條件時(shí)的論流,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)際流將小于式(1)計(jì)算得到的流，為此,我們引進(jìn)流出系數(shù)C來進(jìn)修正，這樣,通過臨界流噴嘴的實(shí)際質(zhì)流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)由于論模型的簡(jiǎn)化而產(chǎn)生的論質(zhì)流偏差進(jìn)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)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，.

　　實(shí)際空氣的臨界流函數(shù)

　　人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),對(duì)于空氣,即使在1MPa時(shí),論臨界流與實(shí)際值的偏差可達(dá)0.25左右,可見,此偏差已可與流出系數(shù)的誤差相比擬

　　第三種方法是目前用得最多的一種方法,即在氣體流標(biāo)準(zhǔn)裝置上測(cè)得通過臨界流噴嘴的實(shí)際流,從而計(jì)算出流出系數(shù)NEL、NBS、Colorado等單位用正壓法標(biāo)定得到的一系列流出系數(shù)C,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上都在ISO曲線附近0.2的范圍之內(nèi)[3]，用氣體流標(biāo)準(zhǔn)裝置來標(biāo)定臨界流噴嘴的流出系數(shù)具有準(zhǔn)確度高、標(biāo)定方等優(yōu)點(diǎn)，流出系數(shù)的準(zhǔn)確度,也即臨界流噴嘴的準(zhǔn)確度將取決于流出系數(shù)標(biāo)定裝置的精度,目前一般可達(dá)0.2左右，但由于設(shè)備條件限制,只能標(biāo)定小流臨界流噴嘴(一般qm<5kgs)，

　　臨界流函數(shù)的影響

　　由流方程式(1)可以看出,臨界流函數(shù)是介質(zhì)性質(zhì)參數(shù)K和R的函數(shù)，當(dāng)從試驗(yàn)室條件變換到現(xiàn)場(chǎng)條件時(shí),如何求得此函數(shù)的精確值就成了臨界流噴嘴實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵問題，一般在試驗(yàn)室條件下(工作條件為常溫常壓根據(jù)Reimer[5]的研究,干燥空氣的臨界流函數(shù)可由下式計(jì)算:<=0.040403+p090800+1.844

　　1.581-0.00384(1.8t0-28)100000

　　(5)

　　式中,p0入口滯止壓,Pa,t0入口滯止溫度,℃，式(5)適用范圍p=0～2MPa,t=15～380℃,其曲線如圖2所示，由公式(5)和圖可以看出,當(dāng)壓p0=0時(shí),溫度t0=150℃和380℃時(shí)的臨界函數(shù)流分別為0.040423和0.040421，而想空氣的臨界流函數(shù)如前所述為0.040415,它們之差分別只有0.02和0.016，而當(dāng)壓為2MPa時(shí),t0=15℃時(shí)的臨界流函數(shù)為0.040772,與想值竟相差0.88，所以,對(duì)于空氣,也只有在壓很低時(shí)才能把它當(dāng)作想氣體處,根據(jù)(2)式計(jì)算臨界流函數(shù)，而當(dāng)壓較高時(shí),就應(yīng)計(jì)及實(shí)際空氣的影響，

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