临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置的研制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com现代测量与实验室管理2002年第5期文章编号：1005—3387(2002)05—0007—10临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置的研制徐英华赵立(中国计量科学研究院，北京100013)(新疆独山子石化总厂计量检测中心，新疆833600)摘要：本文介绍了以临界文丘利喷嘴作为标准，采用负压方法研制的气体流量标准装置。并对装置进行了不确定度分析。关键词：临界流文丘利喷嘴；负压方法；气体装置；不确定度中图分类号：TB943文献标识码：A0前言气体流量标准装置可分为一级气体流量标准装置和次级

2、气体流量标准装置两种。一级气体流量标准装置如钟罩式气体流量标准装置、PVTt法气体流量标准装置和Mt法气体流量标准装置；次级气体流量标准装置如以临界流文丘利喷嘴作为标准表的气体流量标准装置或以其它流量计为标准表的气体流量标准装置。本文介绍的即以临界流文丘利喷嘴作为标准的负压法气体流量标准装置。1装置的结构组成临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置(以下简称装置)由4部分组成。第一部分为气源部分，即水环式真空泵，稳压罐等。第二部分为标准部分，主要由滞止容器和安装在滞止容器内的11块临界流文丘利喷嘴(以下简称喷嘴)以及测量喷嘴上游的压力变

3、送器和温度变送器、调节喷嘴流量的阀门等组成。第三部分为安装被检流量计的试验管道部分，这部分主要由被检流量计的前后直管段、气动伸缩器、被检表的测温和测压仪表等。第四部分为微机数据处理部分，这部分主要包括工控计算机、控制柜和打印机等。2装置的原理2．1临界流文丘利喷嘴的基本原理如前所述，第一部分滞止容器内的临界流文丘利喷嘴(以下简称喷嘴)为整套装置的核心部分。如图1所示，喷嘴是个孔径逐渐减小的流道，孔径最小的部分称为喷嘴的喉部，在喉部的后面有孔径逐渐扩大的流道。喷嘴与亚音速喷嘴(喉部流速低于音速)的主要区别为亚音速喷嘴的流量不仅与上游

4、压力有关而且与下流压力有关，流出系数不仅与雷诺数有关还与马赫数有关，所以准确度提高很困难。而上述的喷嘴，由于喉部气流速度达到音速，马赫数等于1，因此流量只与上游压力有7维普资讯http://www.cqvip.com关，流出系数只与雷诺数有关。适合作为流量标准使用。图1圆环式临界流文丘利喷嘴图2．2数学模型2．2．1理想条件下的流量在理想条件下，理论上可以导出喷嘴的流量公式，即一AC*)式中，口为喷嘴在理想条件下的质量流量；A为喷嘴喉部的内截面积；R为气体常数；Po为喷嘴前的气体滞止压力；T。为喷嘴前的气体滞止温度；C为理想条件下

5、的l临界流函数：c()丽(2)式中，r为比热比。2．2．2实际条件下的流量A)式中，口为喷嘴在实际条件下的质量流量；C为实际气体的l临界函数，是假定气体为一维等熵流动的条件下，利用真实气体的热力学性质表计算出来；C为流出系数，是对“一维、等熵流动”这种假设条件的修正。实验表明：C只是雷诺数Red的函数。Red：华(4)丌a．uo式中，Red为喷嘴的喉部雷诺数；d为喷嘴喉部直径；o为气体在滞止条件下的动力粘度。从式(3)可以看出只要实验得到流出系数C，就可按测得的滞止压力Po和滞止温度o(由此查表可知C)，计算出质量流量。下式为IS

6、09300标准中拟合的C与Red的关系式C：0一bRed．n(5)如果C不进行校验而按式(5)进行计算，则不确定度为0．5％，要使不确定度优于0．5％，比如说0．2％，则必须对C进行实际校验。。3装置的技术指标(1)装置的流量范围：(5—4000)m／h(2)被检流量计口径：DN25，DN50，DN80，DN100，DN150，DN2008维普资讯http://www.cqvip.com(3)试验介质：空气喷嘴喷嘴喉径质量流量体积流量流出系数C(4)装置压力方式：负压法序号(mm)(kg／s)(m／h)(5)装置扩展不确定度：0．

7、5％(k=2．23)l55．8ll00．50349l504．700．9926表1是根据装置的流量范围设计的11块245．49800．3344l999．390．9920340．75o00．26933804．920．9960喷嘴的参数。428．80500．13378399．8l0．990l520．44230．067l22o0．590．98634装置的测量原理614．42000．0334199．860．986879．12040．0l32839．690．980587．90390．0lO0029．900．9835装置是采用负压的方法，气源为

8、三台水环94．5l750．o03289．820．9883式真空泵根据流量大小并联使用。首先将大气l04．09250．o02677．970．9778中的空气吸入试验管道，气流通过被检流量计ll3．29040．o0l695．050．9586进入滞止容器