1.試驗方案
在正壓法音速噴嘴氣體流量標準裝置上,通過調節滯止壓力來改變介質密度,在4個不同介質密度條件下,分別對50mm口徑渦街流量計進行大量的試驗。通過數據分析，主要從兩方面考察介質密度變化對渦街流量計流量特性的影響:
(1)考察渦街流量計儀表系數受密度變化影響程度,驗證卡曼渦街理論;
(2)考察渦街流量計測量下限隨密度改變的變化趨勢,從理論角度給予解釋。
2.試驗數據及分析
為了保證音速噴嘴在喉部達到音速,并結合穩壓閥的調壓范圍，試驗選擇在表壓0.13MPa、0.2MPa、0.3MPa.0.4MPa下進行,對應空氣介質密度分別為2.774kg/m³、3.619kg/m³、4.782kg/m³、5.987.kg/m³。由于高壓儲氣罐的容量有限(12m³),為避免當流量大時管道內壓力下降迅速，試驗最大流量點選擇在176m³/h(對應流速為25m/s);最小流量點即流量下限正是本文要研究的流量特性之一，由試驗結果而定。試驗嚴格按照國家計量檢定規程進行,在每個介質密度下整個流量范圍內壓力變化不超過1kPa,在每個流量點的每一次檢定過程中,壓縮空氣溫度變化不超過0.5℃
根據試驗得到的數據,可繪制出如圖3不同空氣密度下渦街儀表系數隨流量變化曲線,并得到渦街流量計的流量特性見表1。
式中:(Ki)max、(Ki)min為各流量點系數Ki中最大值、最小值;Kij為第i個流量點第j次儀表系數值;Ki為.第i個流量點的平均儀表系數。
從圖3和表1可總結出以下幾點結論:(1)不同密度下渦街各點儀表系數隨流量變化曲線K-qv具有很好的相似性。小流量下K值波動較大,在流量點22m³/h處達到峰值,之后K值趨于常數且隨著密度的增大穩定性愈好,這是因為,影響渦街儀表系數的斯特勞哈爾數Sr是雷諾數Re的函數,而Re的定義為:
式中:μ為動力粘度。在流速U相同情況下，ρ變大時Re也相應變大,根據Sr-Re曲線(5),Sr將更加趨于平坦,故K值隨著介質密度的增大穩定性愈好。
(2)隨著介質密度的增大,渦街流量計儀表系數變化很小，最大相對誤差為:
因而驗證了卡曼渦街理論得出的渦街流量計幾乎不受流體密度變化影響的特點,非常適合于氣體流量測量。
(3)隨著介質密度的增大，渦街流量計不確定度和線性度基本不變,渦街流量計準確度為1.5級,且不受流體密度變化影響。
(4)隨著介質密度的增大,渦街流量計流量下限降低,量程擴大。這是因為,由公式(2)可知,作用在旋渦發生體上的升力FL與被測流體的密度ρ和流速U平方成正比。當壓縮空氣密度ρ升高時,在保證渦街流量計的檢測靈敏度(即升力F)不變的情況下,測量流速U會相應降低,那么渦街流量計的.流量下限qvmin也會相應降低,上述過程可表示為下式:
式中α為常數,可見流量下限qvmin與相應狀態下空氣密度平方根的倒數即ρmin-1/2成正比,這就是渦街流量計流量下限隨介質密度增大而降低現象出現的理論分析。結合表1中實際數據,繪出qvmin~ρmin-1/2曲線,見圖4。
由圖4可見,試驗得到的qvmin~ρmin-1/2曲線基本符合公式(10)所述的線性關系,只是在空氣密度為4.782kg/m³點處誤差較大,這是由于音速噴嘴標準裝置對于流量點調節的非連續性造成的(在流量點14.8m³/h與9.9m³/h之間無中間流量點)。 |
