西安華恒儀表制造有限公司是主要生產(chǎn)孔板流量計,電磁流量計,v錐流量計,污水流量計,蒸汽流量計,空氣流量計的儀表廠家，擁有自主的研發(fā)團隊和生產(chǎn)線?？梢宰灾餮邪l(fā)設(shè)計滿足各行業(yè)、各環(huán)境下的高精度流量計。今天和大家分享一下噴嘴流量計原理。

　　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,需要大的流儀表和標準裝置,臨界流噴嘴流計在解決高壓大流氣體流計問題中起到了重要作用,并得到了廣泛應(yīng)用20世紀70代以來,英國國家工程實驗室、法國煤氣公司、英國煤氣公司工程研究所、美國國家標準局、日本國Colorado工程研究所、級概念的錯誤家計研究所以及我國的計研究院等對臨界流噴嘴作了系統(tǒng)研究,現(xiàn)已為ISO采納為國際標準[1]ISO9300但是,在臨界流噴嘴的實際應(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,當氣體流經(jīng)一個漸縮噴嘴時,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，當下游壓P2下降到某一壓PC時,通過噴嘴的質(zhì)流將達到最大值qmax,此時噴嘴出口的流速已達到當?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到音速的壓PC稱為臨界壓,PCP0稱為臨界壓比,此時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)及熱學參數(shù)(P0、T0)有關(guān),而與下游狀態(tài)無關(guān)，也即,當下游壓P2下降到臨界壓以下時,即使有所變動,通過噴嘴的質(zhì)流也保持恒定，由氣體動學可知,臨界壓KK+1,例如對于空氣,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,近來國內(nèi)外較常用的結(jié)構(gòu)是出口帶擴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,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定氣體流計，為了簡化問題,其流公式可以從簡化的流體學模型(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,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:

　　①應(yīng)用基本的物定,列出數(shù)學方程式,用論的方法求解而得到流出系數(shù)，

　?、谟脺y定內(nèi)部流場或外部流場的方法計算出通過噴嘴的實際流,從而確定流出系數(shù)，③總特性的測,即在氣體流標準裝置上進總特性試驗,標定出流出系數(shù)，第一種方法實際上比較困難,它是用氣體動學原來分析流體經(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)估計兩個因素,一是流體沿噴嘴管壁附面層的增長,使流體實際的流通面積減小;二是由于二維甚至多維流動的影響在徑向方向上的速度梯度而引起的論流與實際流之間的偏差，第二種方法,即內(nèi)流場法和外流場法,是為了解決高壓大流臨界流噴嘴的標定問題而提出的一種方法，試驗表明,內(nèi)流場法由于檢測時擾亂原流場,校驗精度較低，用外流場法測臨界流噴嘴流出系數(shù),其確定度為0.3左右，和PVTt法標定結(jié)果比較,最大偏差為0.5%可見,外流場法失為工程校測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)條件時的論流,但是臨界流噴嘴實際工作時的條件與上述假設(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際流將小于式(1)計算得到的流，為此,我們引進流出系數(shù)C來進修正，這樣,通過臨界流噴嘴的實際質(zhì)流qm為每一個臨界流噴嘴必須確定其流出系數(shù)C以對由于論模型的簡化而產(chǎn)生的論質(zhì)流偏差進修正，所以,流出系數(shù)是臨界流噴嘴的一個非常重要的參數(shù),國際上各流實驗室之間應(yīng)相互比對[2]，流出系數(shù)C的準確度實際上就表示了臨界流噴嘴本身的準確度，試驗介質(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)計算,它表明按照想氣體及K和R為定值來計算有足夠的精度，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K和R都會發(fā)生顯著變化，因此必須根據(jù)實際氣體的熱學性質(zhì)導(dǎo)出此臨界流函數(shù)，可以這么說,臨界流函數(shù)的計算已是臨界流噴嘴現(xiàn)場應(yīng)用的一個十分重要的問題，實際氣體的臨界流函數(shù)計算是十分復(fù)雜的，下面是幾種常用介質(zhì)的臨界流函數(shù)簡計算方法(經(jīng)驗公式或?qū)嶒炃€圖)，在實際工程中非常有用，.

　　實際空氣的臨界流函數(shù)

　　人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),對于空氣,即使在1MPa時,論臨界流與實際值的偏差可達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,即在氣體流標準裝置上測得通過臨界流噴嘴的實際流,從而計算出流出系數(shù)NEL、NBS、Colorado等單位用正壓法標定得到的一系列流出系數(shù)C,其實驗結(jié)果基本上都在ISO曲線附近0.2的范圍之內(nèi)[3]，用氣體流標準裝置來標定臨界流噴嘴的流出系數(shù)具有準確度高、標定方等優(yōu)點，流出系數(shù)的準確度,也即臨界流噴嘴的準確度將取決于流出系數(shù)標定裝置的精度,目前一般可達0.2左右，但由于設(shè)備條件限制,只能標定小流臨界流噴嘴(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)，當從試驗室條件變換到現(xiàn)場條件時,如何求得此函數(shù)的精確值就成了臨界流噴嘴實際應(yīng)用的關(guān)鍵問題，一般在試驗室條件下(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,當壓p0=0時,溫度t0=150℃和380℃時的臨界函數(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，而當壓為2MPa時,t0=15℃時的臨界流函數(shù)為0.040772,與想值竟相差0.88，所以,對于空氣,也只有在壓很低時才能把它當作想氣體處,根據(jù)(2)式計算臨界流函數(shù)，而當壓較高時,就應(yīng)計及實際空氣的影響，

　　以上就是噴嘴流量計原理的全部內(nèi)容，如有疑問，可以隨時聯(lián)系我們。