摘要利用蒸(zheng)汽實流檢測(ce)裝置分别在(zai)不同工況條(tiao)件下，開⛹🏻‍♀️展了(le)L懸臂梁V錐流(liú)量計的可膨(péng)脹系數ε實驗(yàn)🌈測試，實驗樣(yang)機爲DN50mm和DN100mm兩種(zhǒng)口徑，其等效(xiào)直徑比β有0.55、0.65、0.75這(zhe)3種規格，建立(lì)V錐流量計在(zai)蒸汽介質條(tiao)件下的可膨(peng)脹系數拟🚩合(he)方案，利用實(shí)驗數據拟合(hé)得到了V錐流(liu)量計在蒸汽(qì)介質條件的(de)⭐可膨脹系數(shu)😍經驗拟合公(gong)式。實驗結果(guo)表明:蒸汽介(jie)質條😘件下的(de)拟合公式與(yǔ)空氣介質條(tiáo)件的經驗拟(nǐ)合公式存在(zai)偏差，最大可(kě)能會引起5%的(de)計量偏差。
　　V錐(zhui)流量計 最早(zǎo)由美國的McCrometer在(zai)20世紀80年代中(zhōng)期研制生産(chǎn)，後被人👄們普(pǔ)遍認可并得(de)到了廣泛的(de)應用，特别是(shì)其相對于孔(kong)闆等其他差(chà)壓式流量計(ji)，具有壓損小(xiǎo)、量程比大、前(qián)後直管段長(zhǎng)度小🥰及抗髒(zāng)污等優🤟點［1，2］，被(bèi)廣泛應用于(yu)蒸汽、管道煤(méi)氣🐅及天然氣(qì)等氣體介👣質(zhi)流量的🙇‍♀️測量(liang)中，具有替代(dài)孔闆、文丘裏(li)管及标準噴(pen)嘴等 差壓式(shi)流量計 的趨(qū)勢。随着V錐流(liu)量計的應用(yong)與推廣，其應(yīng)用于蒸汽及(jí)管道煤氣等(děng)其他氣體介(jiè)質測量中的(de)精度受到了(le)質疑☀️，尤其是(shì)V錐流量計可(ke)膨脹系數這(zhe)個氣體測量(liang)的重要參數(shù)的使用，逐漸(jiàn)⭕成爲研究人(rén)員、生産制造(zao)商和用戶關(guān)心的熱點問(wèn)題。可膨脹🛀🏻系(xi)數的研究已(yi)成爲制約V錐(zhui)流量計發展(zhan)的關鍵🍉因素(su)。
1V錐流量計可(kě)膨脹系數拟(nǐ)合公式數學(xue)模型
　　V錐流量(liàng)計是一種差(cha)壓式流量計(ji)，其結構原理(lǐ)如圖♈1所示，流(liu)體👄自截面1處(chu)流到截面2處(chù)，在流動過程(chéng)中滿足質量(liàng)守👉恒定律與(yǔ)♌能量守恒定(dìng)律。

　　可用流體的(de)連續性方程(chéng)和伯努利方(fāng)程聯合求解(jiě)得到V錐☀️流量(liang)計的流量計(ji)算公式:

式中(zhong)C———流出系數;
D———管(guǎn)道内徑;
qm———質量(liàng)流量;
β———截面2和(he)截面1流通面(mian)積的等效直(zhí)徑比;
Δp———上遊截(jie)面1與下遊截(jié)面2取壓口之(zhī)間的壓力差(chà);
ε———可膨脹系數(shu);
ρ———截面1處的流(liú)體密度。
　　由式(shi)(1)可知，對空氣(qi)、蒸汽及天然(ran)氣等可壓縮(suō)流體的流量(liàng)進行測量時(shi)，流出系數C和(he)可膨脹系數(shù)ε是在一💞起的(de)🙇🏻，無法分開。标(biāo)準孔闆、噴嘴(zui)實驗研究結(jié)果以及前人(rén)對🌈V錐流量計(ji)可膨脹系數(shu)💛的研究成果(guo)表明［8］，V錐流量(liàng)計的可膨脹(zhang)系數ε與管徑(jing)和雷諾數無(wu)關，在給定流(liú)量計和☀️等效(xiào)直徑比的情(qing)況下，ε取👌決于(yú)等熵指📱數κ和(hé)壓力比Δp，可以(yi)用直線方程(cheng)y=ax+b表示兩者的(de)關系，具體公(gong)式爲:

　　其中a、b爲(wèi)常數，p1爲截面(miàn)1處的壓力。
　　可(ke)膨脹系數是(shì)用來修正流(liu)體的壓縮性(xing)在流量測量(liang)時所🆚引入的(de)偏差。氣體體(ti)積變化主要(yao)由壓力差引(yǐn)起，若流量計(jì)上遊壓力不(bú)變，随着Δp的減(jiǎn)小，可膨脹系(xi)數ε也逐漸趨(qu)于1。當壓力差(cha)爲零時，也就(jiu)是Δp/κp1=0時，ε=1，故C=b。
将式(shì)(2)兩端同除以(yǐ)C得到:

　　此外研(yan)究表明，可膨(peng)脹系數ε還是(shi)等效直徑比(bi)β的函數，a'可表(biǎo)示♉爲🌏形如下(xia)式的關于β的(de)n次多項式:

　　其(qi)中k、l、m均爲常數(shu)。因此，對不同(tóng)β值的内錐流(liu)量計進行實(shí)驗，拟合Cε與Δp/κp1的(de)線性關系曲(qǔ)線，進而得到(dao)一系列a'值，并(bìng)按照式(4)進行(hang)拟合，綜合㊙️得(dé)到可膨脹系(xi)數的計算☔公(gong)式:

2蒸汽介質(zhì)可膨脹系數(shu)實驗方案
2.1實(shí)驗方法
　　由式(shì)(1)可知，利用蒸(zhēng)汽流量标準(zhun)裝置實驗能(néng)夠獲得流出(chū)系數C和可膨(peng)脹系數ε的乘(cheng)積，進而得到(dao)以εC爲縱坐标(biāo)，Δp/κp1爲橫⛱️坐标的(de)拟合圖。根據(ju)式(5)可膨脹系(xì)數模型，在水(shui)流量标準📐裝(zhuāng)置上進行實(shí)驗，标定出流(liu)出系數C，即可(ke)得到🤩可膨脹(zhàng)系數ε的拟合(he)公式。
　　由式(5)可(kě)以發現，可膨(peng)脹系數ε與等(deng)效直徑比β、壓(ya)力差🔴Δp和上💋遊(yóu)側壓力p1相關(guān)。爲使研究具(jù)有普适性，選(xuan)擇不同的🏒β、Δp和(hé)p1進行實驗，分(fèn)㊙️析這3個參數(shu)對可膨脹系(xi)數的影響規(gui)律。具體方法(fa)是:β由流量計(jì)本身的尺寸(cun)參數決定，在(zai)實驗樣機加(jia)工過程中，采(cǎi)用可換💘錐的(de)方式實現β的(de)改變;Δp受介質(zhi)流速的影響(xiǎng)，在實驗中通(tōng)過改變實驗(yàn)流量實現Δp的(de)改變;p1的改變(biàn)由蒸汽流量(liang)标準裝置改(gai)變檢測工💰況(kuang)條件實現。
2.2實(shí)驗樣機
　　實驗(yàn)樣機爲兩台(tai)可換錐頭L懸(xuan)臂型内錐流(liu)量計，口✍️徑分(fèn)❌别爲DN50mm和DN100mm，其結(jié)構如圖2所示(shì)，該流量計樣(yàng)機均由測量(liang)管、引壓管、錐(zhuī)體⚽、法蘭及取(qǔ)壓口等部件(jian)組成。

　　DN50mm實驗(yàn)樣機共有等(deng)效直徑比爲(wèi)0.55、0.65、0.75的3個錐體，DN100mm實(shí)驗樣機也共(gong)有等效直徑(jing)比爲0.55、0.65、0.75的3個錐(zhuī)體，其實物如(ru)圖3所示。

2.3實(shí)驗參數設置(zhì)
　　在以蒸汽爲(wèi)測試介質的(de)實驗中，爲達(dá)到改變實驗(yàn)工況的條件(jian)，實驗分别在(zai)0.2、0.3、0.4MPa3種壓力條件(jian)下進行，共計(jì)24組實驗。其中(zhōng)在0.2MPa時，對👅DN50mm管徑(jing)的流量範圍(wéi)設置爲50～400m3/h，對DN100mm管(guan)徑設置♈爲200～2000m3/h，溫(wen)度均爲143～145℃;0.3MPa時，對(dui)DN50mm管徑的流量(liàng)範圍設置爲(wèi)40～400m3/h，對DN100mm管徑設置(zhì)爲200～2000m3/h，溫度均爲(wei)146～148℃;0.4MPa時，對DN50mm管徑的(de)流量範圍設(she)置爲40～400m3/h，對DN100管徑(jìng)設置爲200～2000m3/h，溫度(du)均爲162～164℃;在實驗(yàn)中保證V錐流(liu)量計的前直(zhí)管🛀道長度大(da)于20D，後🔞直管道(dào)長度大于10D。
3實(shi)驗數據
　　根據(ju)實驗方案取(qǔ)得DN50mm和DN100mm兩種孔(kong)徑、3個等效直(zhi)徑比β條件下(xia)🌈的🔴實驗測試(shì)數據，利用各(ge)組有效數據(jù)獲得的εC和Δp/κp1，以(yi)Δp/κp1爲橫🔞坐标，εC爲(wèi)縱坐标進行(háng)線性拟合，拟(ni)合數據結果(guo)如🔴圖4所示。

　　由(yóu)圖4可以看出(chū)，在Δp/κp1相同時，蒸(zheng)汽介質的可(ke)膨脹系數ε的(de)線性拟🤟合度(dù)很高，Ｒ2均達到(dao)了0.9800以上。進一(yi)步驗證了氣(qi)體介質的可(ke)膨脹系數ε與(yu)流出系數C的(de)乘積與Δp/κp1呈✂️線(xiàn)性關系。
　　通過(guò)水流量标準(zhun)裝置标定出(chu)DN50mm和DN100mm兩種孔徑(jing)各等效直徑(jing)比下的流出(chū)系數C，然後對(duì)實驗數據拟(nǐ)合參數a'與等(děng)效直徑比β的(de)關系，得到蒸(zhēng)汽介質條件(jiàn)下l、k、m分别爲l=－0.4599，k=0.0251，m=－0.5312。代(dai)入式(5)即可得(dé)到蒸☂️汽介質(zhì)下可膨脹系(xi)數的經驗計(jì)算公📧式：

4蒸汽(qì)與空氣可膨(péng)脹系數經驗(yàn)公式的比較(jiào)
　　蒸汽介質對(dui)V錐流量計可(kě)膨脹系數的(de)影響，以β=0.55的V錐(zhui)流量計爲例(li)，标定出在蒸(zheng)汽介質的可(kě)膨脹系數ε，與(yǔ)利用2003年ISO5167發布(bù)的差壓式孔(kong)闆流量計的(de)拟合公式、2001年(nian)NEL實驗得到的(de)V錐流量計的(de)拟合🌈公式和(he)2008年天津大學(xué)徐英等實🔞驗(yan)得到的拟合(hé)公式計算得(dé)到的可膨脹(zhàng)系數ε進行比(bi)較。令:

　　最終得(de)到了如圖5所(suǒ)示的β=0.55時V錐流(liu)量計蒸汽與(yǔ)空氣介質條(tiao)件下🌈不同拟(nǐ)合公式的可(ke)膨脹系數相(xiàng)對偏差圖。從(cong)圖5中可以看(kan)出在蒸汽介(jiè)質條件下的(de)可膨脹系數(shù)🌈的拟合👣公式(shi)與🔞ISO5167在2003年公布(bù)的孔闆流量(liàng)計的拟合公(gong)式最爲接近(jin)，相對偏差不(bu)超過0.5%，與其他(tā)拟合公式存(cún)在較大差異(yi)，最大⭐偏差在(zài)5.0%左右🔞。

5結論
5.1V錐(zhuī)流量計測量(liang)蒸汽流量時(shi)，由于蒸汽介(jie)質作爲可壓(yā)🐅縮流體㊙️，其測(cè)量精度不僅(jǐn)與流出系數(shù)相關，可膨脹(zhang)系數影響的(de)因素💜也較大(dà)，不進行補償(cháng)會導緻最大(da)10%左右的偏差(chà)。
5.2V錐流量計測(ce)量蒸汽流量(liang)時，蒸汽介質(zhì)的可膨脹系(xì)數ε與流出系(xì)數的乘積C與(yu)Δp/κp1呈線性關系(xi)，與空氣介質(zhì)相同。
5.3V錐流量(liang)計測量氣體(tǐ)時，在相同的(de)Δp/κp1條件下，蒸汽(qì)介質的可膨(peng)脹系數ε與空(kōng)氣介質不同(tóng)，且蒸汽介質(zhi)的可👈膨脹系(xì)數要大于空(kong)氣介🥰質的，在(zài)測量蒸汽時(shí)，以空氣爲介(jiè)🍉質拟合得到(dào)的🤞經驗公式(shì)進行修正将(jiang)會導🙇🏻緻計量(liang)偏差，最大會(hui)引起5.0%左右⛱️的(de)計量偏差。

以(yǐ)上内容來源(yuan)于網絡，如有(yǒu)侵權請聯系(xi)即删除!