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2. 優(yōu)、缺點
(1)結(jié)構(gòu)簡單,輕便,制造成本較低。
(2)壓損小,運行費用低,是一種節(jié)能儀表。
(3)一種結(jié)構(gòu)可用于多種口徑(限于點速式),可減少用戶備用數(shù)量。
(4)便于包裝,運輸,安裝,維護。
(5)可不斷流進行安裝,拆卸,避免了斷流造成的經(jīng)濟損失。
(6)管道中的流速分布對測量度影響太大,要求直管段長達30D~50D。
(7)現(xiàn)場情況復(fù)雜,對其應(yīng)用有很大影響,難以標(biāo)準(zhǔn)化。
(8)度很難提高,一般只能達到±(3~5%)。
二 工業(yè)管道中的流速分布
1.充分發(fā)展紊流
按定義,管道中的流量qv等于管道截面積A乘以通過此截面的軸向流速V,即qv=AV。但由于管道上游的各種阻力件(彎頭,變徑管,岐管,閥門等)的影響,流速分布十分復(fù)雜,不僅不是常數(shù),還有徑向分速,漩渦及二次流(圖2)所幸在實際流體的黏性作用下,通過30—50倍管徑長度的直管段后,流速分布將趨于一種較為固定的形式,這種流動稱為充分發(fā)展??流。幾十年來,工程界約定將這種流動作為流量測量的標(biāo)準(zhǔn)流動(圖三)。
表一 雷諾數(shù)Re與指數(shù)n的關(guān)系
盡管后來不少人認(rèn)為,在管壁Y=0及中心Y=(0.8—1)R處,式(1)與實際情況有些出入,但因其簡單,至今仍常用于描述充分發(fā)展紊流。
2.平均流速點yc
由于充分發(fā)展紊流的流速旋轉(zhuǎn)對稱于軸心,則流量qv可用積分表示:
以上推導(dǎo)得出充分紊流條件下的平均流速點為yc,只需將測量頭置于yc上,就可得到流量qv;或?qū)y量頭置于管道中心(y=R)處,測得流量,再用式(4)修正,也可以得到流量qv。
3.平均流速點是變化的
從式(1)可見,充分發(fā)展紊流速度分布取決于內(nèi)諾數(shù)Re(圖3)因此平均流速點yc將隨Re變化。在Re數(shù)為4×103~4×106時,yc的變化規(guī)范為(0.245~0.254)R。按ISO7145規(guī)定,取其平均值為yc=(0.242±0.013)R。而插入式流量計測量頭固定后,不可能隨Re改變,說明即使位置安裝正確,由于Re變化,引入誤差也將達到±0.7%。
不僅如此,繼Nikuradse后,Logan,Townrs,Pao等人對粗糙管進行了速度分布測試,認(rèn)為管壁粗糙度對其也有些影響(圖4)。
PAO甚至認(rèn)為在粗糙管條件下,yc=0.216R,且基本不變。對此可舉例說明,如采用直徑為300mm的新鋼管,內(nèi)壁粗糙度ε為0.15,則ε/D=0.005,可視為光滑管。由于插入式流量計一般使用的管徑都大于300mm,所以很少出現(xiàn)pao
所說的管壁粗糙度也有影響的情況。
在實用中往往為便于安裝,將測量頭置于管道中心,此處速度分布平坦,變化梯度趨于零,避開了因此帶來的測量誤差。但此處所測流速不是平均流速Vc而是zui大流速Vm,因此還需系數(shù)Vc/Vm修正,才是流量qv,系數(shù)Vc/Vm也將隨雷諾數(shù)Re及粗糙度ε的變化而變化(圖5)
三 影響流量度的因素
1.流速分布
以上分析的前提是測量頭必須處于充分發(fā)展紊流中,要滿足這個條件,其上游直管段的長度L就應(yīng)達到如表2所示的要求。由于插入式流量計多用于大口徑管道,在實際應(yīng)用中,很難達到表2所示的要求,由此將帶來較大的誤差。初步測試表明:這種以測點速確定流量的插入式流量計,當(dāng)直管段L不足8D時,流速誤差 將達到±(10-15)%;L達到15D后, 可減小大±(5-8)%;而如果直管段長度達到表2所示的要求時, 僅受雷諾數(shù)Re及粗糙度的影響, 可控制在±(0.7-1)%。附帶說,如采用測多點流速插入式流量計(如均速管,即使直管段只有8D—10D,度也將會提高不少。
2.阻塞度
插入式流量計的插入桿及測量頭將減少測量截面,改變流速大小及分布,由此帶來流量測量的偏差用???來表示。
阻塞系統(tǒng)S可表示為
3.速度梯度
如測量頭定在平均流速點ye處,此處的速度分布具有較大的速度梯度dv/dy根據(jù)Piandte Von,Karman理論,實測的流速并不是測量頭中心的流速,它還取決于阻力系數(shù) 速度梯度dv/dy為 。如采用一般鋼管 ,則dv/dy=0.64.
4.截面積
插入式流量計的測量頭只能反映流速的大小,要進行流量測量還必須知道截面積A,但是在實際應(yīng)用中很少(也不太可能)拆開管道來測量管道的截面積。按ISO 7145的建議,通過測量管道外部周長P,根據(jù)用戶提供的壁厚e,可確定管道的截面積。由于管壁上往往有突起物(如焊縫),所以需要△P予以修正。
式中a——突起物的高度
插入式流量計不同于法蘭式流量儀表,流量度往往取決于這個易于忽悠而又十分重要的截面積參數(shù)。但其周長VDE測量往往僅采用度很差的卷尺;而用戶提供的壁厚資料又常忽略了管壁的銹蝕,積垢等因素,因此截面積的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計應(yīng)在±1%以上。
5.流速
這里說的流速是指測量頭所測得流速度。如果測量頭每支都進行流速標(biāo)定,則插入式流量計的度取決于測量頭本身,顯示儀表及檢驗裝置等幾項的度。如認(rèn)真對待,有可能達到±1%,這可能就是不少廠家所宣稱其生產(chǎn)的插入式流量計的度。要強調(diào)指出的是,這只是流速度,而不是流量度。
四 流量度的估算
1.誤差的傳遞
流量qv是一些獨立參數(shù)X1,X2……Xn的綜合推導(dǎo)量,如σX1,σX2……σXn是對各獨立參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計值。根據(jù)誤差傳遞理論,流量的標(biāo)準(zhǔn)偏差σqv應(yīng)為:
流量儀表的度即計量術(shù)語中的不確定e,在95%的置信度范圍內(nèi),應(yīng)是該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的2倍。即:
式中σV/V——由于速度分布的原因,所測的流速不是平均流速點的流速而引起的標(biāo)準(zhǔn)誤差,它與直管段長度L有關(guān),當(dāng)L達到表2所示的要求時,σV/V取0.007~0.01;當(dāng)L=8D時,σV/V取0.1~0.15;當(dāng)L=15D時,σV/V取0.05~0.08。
σV/V——截面積測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差,按常規(guī)測量,取0.008~0.015。
σS/S——因阻塞而引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差,一般為0.0025~0.0075,此處取0.005。
σy1——因速度梯度影響產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差,根據(jù)有關(guān)資料,dv/dy=0.64,σy1=0.067。
σy2——因測量頭位置安裝不準(zhǔn)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差,σy2=0.01。
σV0/V0——測量頭的速度標(biāo)準(zhǔn)偏差,取0.008~0.01。
將以上各項代入式(10),當(dāng)L達到表2所示的要求時:
相關(guān)產(chǎn)品
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