1.试验方案
在正压法音速喷嘴气体流量标准装置上,通过调节滞止压力来改变介质密度,在4个不同介质密度条件下,分别对50mm口径涡街流量计进行大量的试验。通过数据分析，主要从两方面考察介质密度变化对涡街流量计流量特性的影响:
(1)考察涡街流量计仪表系数受密度变化影响程度,验证卡曼涡街理论;
(2)考察涡街流量计测量下限随密度改变的变化趋势,从理论角度给予解释。
2.试验数据及分析
为了保证音速喷嘴在喉部达到音速,并结合稳压阀的调压范围，试验选择在表压0.13MPa、0.2MPa、0.3MPa.0.4MPa下进行,对应空气介质密度分别为2.774kg/m³、3.619kg/m³、4.782kg/m³、5.987.kg/m³。由于高压储气罐的容量有限(12m³),为避免当流量大时管道内压力下降迅速，试验最大流量点选择在176m³/h(对应流速为25m/s);最小流量点即流量下限正是本文要研究的流量特性之一，由试验结果而定。试验严格按照国家计量检定规程进行,在每个介质密度下整个流量范围内压力变化不超过1kPa,在每个流量点的每一次检定过程中,压缩空气温度变化不超过0.5℃
根据试验得到的数据,可绘制出如图3不同空气密度下涡街仪表系数随流量变化曲线,并得到涡街流量计的流量特性见表1。
式中:(Ki)max、(Ki)min为各流量点系数Ki中最大值、最小值;Kij为第i个流量点第j次仪表系数值;Ki为.第i个流量点的平均仪表系数。
从图3和表1可总结出以下几点结论:(1)不同密度下涡街各点仪表系数随流量变化曲线K-qv具有很好的相似性。小流量下K值波动较大,在流量点22m³/h处达到峰值,之后K值趋于常数且随着密度的增大稳定性愈好,这是因为,影响涡街仪表系数的斯特劳哈尔数Sr是雷诺数Re的函数,而Re的定义为:
式中:μ为动力粘度。在流速U相同情况下，ρ变大时Re也相应变大,根据Sr-Re曲线(5),Sr将更加趋于平坦,故K值随着介质密度的增大稳定性愈好。
(2)随着介质密度的增大,涡街流量计仪表系数变化很小，最大相对误差为:
因而验证了卡曼涡街理论得出的涡街流量计几乎不受流体密度变化影响的特点,非常适合于气体流量测量。
(3)随着介质密度的增大，涡街流量计不确定度和线性度基本不变,涡街流量计准确度为1.5级,且不受流体密度变化影响。
(4)随着介质密度的增大,涡街流量计流量下限降低,量程扩大。这是因为,由公式(2)可知,作用在旋涡发生体上的升力FL与被测流体的密度ρ和流速U平方成正比。当压缩空气密度ρ升高时,在保证涡街流量计的检测灵敏度(即升力F)不变的情况下,测量流速U会相应降低,那么涡街流量计的.流量下限qvmin也会相应降低,上述过程可表示为下式:
式中α为常数,可见流量下限qvmin与相应状态下空气密度平方根的倒数即ρmin-1/2成正比,这就是涡街流量计流量下限随介质密度增大而降低现象出现的理论分析。结合表1中实际数据,绘出qvmin~ρmin-1/2曲线,见图4。
由图4可见,试验得到的qvmin~ρmin-1/2曲线基本符合公式(10)所述的线性关系,只是在空气密度为4.782kg/m³点处误差较大,这是由于音速喷嘴标准装置对于流量点调节的非连续性造成的(在流量点14.8m³/h与9.9m³/h之间无中间流量点)。 |
