淺談平衡式流量計的直管段要求
百度詞條:“平衡流量計是一種較為特殊的差壓式流量儀表,源自2003年美國航天飛機主發(fā)動機測液氧流量計,由美國NASA采用流量仿真技術設計和研發(fā)。它采用獨特的等雷諾數(shù)、增加節(jié)流件厚度和加工精度,使流動性能接近文丘里,構造依然簡潔、安全,性能有質的飛躍,巧妙的結構設計能在最短的直管段要求下,用相對較小的永久壓損換來較大的穩(wěn)定差壓,實現(xiàn)高精度長期穩(wěn)定測量”。
平衡式流量計在廠家給出的直管段要求中給出了前0.5D后0.5D的技術要求。這個技術要求在生產實踐中是不能滿足絕大多數(shù)實際生產實踐的。
平衡式流量計當初是為了解決低雷諾數(shù)流體的測量問題,主要就是在層流的流態(tài)下的流體流量的測量,也就是航天發(fā)動機的液態(tài)氧從燃料箱流出后,經發(fā)動機的噴口的加熱段氣化進入燃燒室的液態(tài)氧的流量,這個在較低的雷諾數(shù)的層流流態(tài),使用平衡是流量計可以保證較好的測量性能,同時對液氧的流態(tài)又有較好的控制,保證了發(fā)動機的穩(wěn)定工作。
層流中摩擦阻力及沿程水頭損失均與流速的一次方成正比,流速分布呈拋物線型。圓管層流流速分布如圖1所示。
湍流是自然界普遍存在的流體運動,它只有在流體高速流動(高雷諾數(shù))的情況下才會產生。湍流的基本特征在于其具有隨機性質的渦旋結構,以及這些渦旋在流體內部的隨機運動,因此,湍流能引起相鄰各層流體間動量、能量及濃度等的交換和脈動。
由此可以看到在層流條件下,使用平衡式孔板流量計,可以對前后直管段有較低的要求。
但隨流體流速的增加,雷諾數(shù)的提高,相鄰各層流體間動量、能量及濃度等的交換和脈動。由此帶來經過流量計的節(jié)流裝置(孔板)后,就會發(fā)生運動分離。
這個分離強度與流體的雷諾數(shù)高度非線性相關。對于流量計而言就是流出系數(shù)與雷諾數(shù)高度非線性相關。
平衡式孔板流量計也是也一樣,即在湍流條件下,流體流經每個孔時都會發(fā)生分離,由于流體流態(tài)的影響,每個孔的對應的流體的流體流速的不同,其流經后的分離強度是不一樣的,為了防止盡量小的后端流體分離漩渦的互擾(平衡性),其就要求每個平衡孔的流態(tài)盡量相似。
如何才能保證流態(tài)的盡量相似呢?最佳的手段就是盡量足夠的直管段,讓流體在平衡孔板前充分發(fā)展,保證足夠好的運動相似性。這樣才能保證測量性能。
根據Langhaar HL公式,L=0.058Re.d對進口沒干擾的光滑圓管,湍流時,L為25,50d。
由此,我們在使用平衡式流量計時,要充分考慮直管段對其性能的影響,理想條件下的安裝要求不能作為生產實踐的技術指標使用。
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