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涡街流量计雷诺数相似原理的验证分析

发表时间:2020-03-10
涡街流量计是一种利用流体振动原理来进行流量测量的振动式流量计,在一定雷诺数范围内输出频率信号不受流体物性(密度、粘度和组分的影响,可直接输出数字脉冲信号。与涡街流量计联系很密切的参数之一是雷诺数,雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数,外部条件几何相似时(几何相似的管子,流体流过几何相似的物体等,若它们的雷诺数相等,则流体流动状态也是几何相似的。这一相似规律正是流量测量节流装置标准化的基础。实际应用中,涡街流量计遵循雷诺数相似原理。本文通过实验方法对涡街流量计在不同介质、不同温度下雷诺数相似原理体现进行研究,绘制出曲线,并对实验结果进行分析和说明。
 
1.测量原理及方法
涡街流量计测量管道内流体流量时往往须先了解其流动状态、流速分布等。雷诺数是表征流体流动特性的一个重要参数。在不同的流动状态下,流体的运动规律、流速的分布等都是不同的,因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。雷诺数计算公式为
Re=p*v*D/n        (1)
由式(1)可知,雷诺数Re的大小取决于4个参数,即流体的密度(p)、速度(v)、流束的定型尺寸(D)以及工作状态下的粘度(n)。外部条件几何相似时,若它们的雷诺数相等,则流体流动状态也是几何相似的流体动力学相似),这就是雷诺准则。涡街流量检测原理为:在平行于管道截面放置一个非流线型棱柱体,棱柱体轴线与被测介质流向垂直,液体通过棱柱体时产生旋涡,其旋涡频率正比于流速,因此,只要测出f就能求得体积流量Q公式为
Q=f/k         (2)
f=St*V/D           (3)
由式(3)可知,涡街流量计仪表系数k除了与漩涡发生体、管道的几何尺寸有关外,还与斯特劳哈尔数(St)有关。St堤通过实验确定的无因次数,如果其相对稳定的话,仪器的测量就比较准确。大量实验证明,几何形状相同的漩渴发生体,无论尺寸大小,只要在相似的流场中(雷诺数Re相等),就具有相同的St数值,而且在一定的雷诺数范围内,St是一个常数。因此,本文在 ZUI佳雷诺数范围内对涡街流量计在不同状态下k系数标定分别进行实验,进而得到数据验证涡街流量计雷诺数相似原理。
 
2.实验
本次测试采用的2套标准装置通过河北省质量技术监督局的考核认证。装置1:1.0级负压法音速喷嘴气体流量标准装置--气标。
装置2:0.2级质量法水流量标准装置一一水标。
被检对象为1台脉冲输出、准确度等级1.0级、仪表线性和重复性较好的某企业DN50涡街流量计
 
3.实验数据分析
(1)检测时尽量选择流量点对应的雷诺数在2.0×10的4~72×10的6范围内在此范围内St为定值,是涡街流量计测量精度的保证范围。并且在2套装置上流量点的雷诺数尽量相近,从而可以验证分析涡街流量计雷诺数相似原理。
(2)流量计分别在液体流量标准装置、气体流量标准装置上通过实际检测得到的检测数据见表1
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由表1可知,2套装置各自检测结果的仪表线性、重复性均合格。但从2个装置检测数据比对分析来看,在合适雷诺数范围内,同样1台检测合格的涡街流量计,在不同介质的标准装置上仪表系数k曲线趋势大致相同,但是在同一雷诺数下的k值有一定的偏差,ZUI大相差为Q.2P/m3左右。
分析原因是气体装置和液体装置之间的差异造成的,包括台差和测量的差异。气水曲线对比如图1所示。
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(3)流量计在液体流量标准装置分别在常温水(21.7度、热水(49.6度)下通过实际检测得到的检测数据见表2
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由表2可知,仪表系数k在冷、热水中检测的变化趋势十分相近,并且在同一雷诺数下的一组k值的偏差很小,数据吻合较好,只有在雷诺数为2.0×10的5时相差较大,原因为流量计重复性引起的误差波动,可从该雷诺数下流量计重复性ZUI大印证此观点。冷热水曲线对比如图2所示。
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在这2套标准装置上,DN50的涡街流量计在不同温度、不同介质的检测上测量性能基本一致。涡街流量计在气、水2种介质的检测对比上,因测量装置不同等因素,在同一雷诺数下,k值有一定的偏差,但曲线趋势大致相同。在同一介质不同温度检测对比的Re-k曲线不仅变化趋势相同而且同雷诺数下k值偏差很小,直观地体现出了雷诺数相似原理。雷诺数相似原理在本次涡街流量计不同介质、不同温度检测中得到了验证,同种介质不同温度下吻合更好。该实验中仍存在很多不足:不同介质检测的2套装置的正压检测和负压检测中,读数误差等很多不确定的影响因素都可能引起仪表系数误差,对于如何能更好、更科学地验证涡街流量计雷诺相似原理,仍需进一步研究。
 

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