淺談平衡式流量計的直管段要求
百(bai)度(du)詞條:“平衡流(liu)量(liang)計是一種較為特(te)殊的差(cha)壓(ya)式流(liu)量(liang)儀表,源自2003年美國航天飛機(ji)主發動(dong)機(ji)測(ce)液氧流(liu)量(liang)計,由美國NASA采用(yong)流(liu)量(liang)仿(fang)真(zhen)技術(shu)設(she)計和研發。它采用(yong)獨特(te)的等(deng)雷諾數、增(zeng)加節流(liu)件厚度(du)和加工精度(du),使流(liu)動(dong)性能接近文丘里,構(gou)造依然簡(jian)潔、安全,性能有質的飛躍,巧妙的結構(gou)設(she)計能在最短(duan)的直管段要求(qiu)下,用(yong)相對(dui)較小的永久壓(ya)損換來(lai)較大的穩(wen)定差(cha)壓(ya),實現高精度(du)長期(qi)穩(wen)定測(ce)量(liang)”。
平衡式(shi)流(liu)量計(ji)在廠家給出的(de)(de)直管(guan)段要求中給出了前0.5D后0.5D的(de)(de)技術要求。這個技術要求在生產實(shi)踐(jian)中是不能滿足絕大多數實(shi)際(ji)生產實(shi)踐(jian)的(de)(de)。
平衡(heng)式流(liu)量(liang)(liang)計當初是(shi)(shi)為(wei)了解(jie)決低雷(lei)諾數流(liu)體的(de)測量(liang)(liang)問題,主要就(jiu)是(shi)(shi)在層流(liu)的(de)流(liu)態(tai)下的(de)流(liu)體流(liu)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang),也(ye)就(jiu)是(shi)(shi)航(hang)天發動機的(de)液態(tai)氧從(cong)燃料箱流(liu)出后,經發動機的(de)噴口的(de)加熱(re)段氣化進入(ru)燃燒室(shi)的(de)液態(tai)氧的(de)流(liu)量(liang)(liang),這個在較(jiao)低的(de)雷(lei)諾數的(de)層流(liu)流(liu)態(tai),使(shi)用平衡(heng)是(shi)(shi)流(liu)量(liang)(liang)計可以保(bao)證(zheng)較(jiao)好的(de)測量(liang)(liang)性能,同時(shi)對(dui)液氧的(de)流(liu)態(tai)又(you)有較(jiao)好的(de)控制(zhi),保(bao)證(zheng)了發動機的(de)穩定工(gong)作。
層(ceng)流(liu)(liu)中摩擦阻(zu)力及沿程水頭損失均與(yu)流(liu)(liu)速的一次方成(cheng)正比,流(liu)(liu)速分布呈(cheng)拋(pao)物線型。圓管層(ceng)流(liu)(liu)流(liu)(liu)速分布如圖1所示。
湍流是自然界(jie)普遍存在(zai)的(de)(de)流體運動,它只有在(zai)流體高速流動(高雷(lei)諾數)的(de)(de)情況下才會產生。湍流的(de)(de)基本特征在(zai)于其具有隨機性質的(de)(de)渦旋(xuan)結構,以及這些渦旋(xuan)在(zai)流體內部的(de)(de)隨機運動,因(yin)此,湍流能引起相鄰各層(ceng)流體間動量、能量及濃度等的(de)(de)交換(huan)和脈動。
由此(ci)可以(yi)看到(dao)在層流(liu)條件下(xia),使(shi)用(yong)平(ping)衡(heng)式孔(kong)板(ban)流(liu)量計(ji),可以(yi)對(dui)前后直管段有較低(di)的要(yao)求。
但(dan)隨流(liu)(liu)體流(liu)(liu)速的增加,雷諾數的提高,相鄰各層流(liu)(liu)體間(jian)動(dong)量(liang)、能量(liang)及(ji)濃度等的交換和脈動(dong)。由此帶(dai)來經過(guo)流(liu)(liu)量(liang)計的節流(liu)(liu)裝置(孔板)后,就會發生運(yun)動(dong)分(fen)離(li)。
這個分離強度與(yu)流(liu)(liu)體的(de)雷(lei)諾數高度非線性(xing)相關(guan)。對(dui)于流(liu)(liu)量計而(er)言就(jiu)是流(liu)(liu)出系數與(yu)雷(lei)諾數高度非線性(xing)相關(guan)。
平衡(heng)式孔(kong)板(ban)流(liu)量(liang)計也(ye)是也(ye)一(yi)樣(yang),即(ji)在湍流(liu)條件下,流(liu)體(ti)流(liu)經(jing)每個(ge)孔(kong)時都會(hui)發(fa)生分(fen)離,由于流(liu)體(ti)流(liu)態(tai)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),每個(ge)孔(kong)的(de)(de)(de)(de)對應的(de)(de)(de)(de)流(liu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)流(liu)體(ti)流(liu)速的(de)(de)(de)(de)不(bu)同,其(qi)(qi)流(liu)經(jing)后的(de)(de)(de)(de)分(fen)離強(qiang)度是不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)(de)(de)(de),為(wei)了防止盡量(liang)小的(de)(de)(de)(de)后端流(liu)體(ti)分(fen)離漩(xuan)渦(wo)的(de)(de)(de)(de)互擾(平衡(heng)性(xing)),其(qi)(qi)就要求每個(ge)平衡(heng)孔(kong)的(de)(de)(de)(de)流(liu)態(tai)盡量(liang)相似。
如何才(cai)能保(bao)證(zheng)流態的盡量相(xiang)似(si)呢?最佳的手段就是盡量足(zu)夠的直管段,讓流體在平衡孔板(ban)前(qian)充分發展,保(bao)證(zheng)足(zu)夠好(hao)的運動(dong)相(xiang)似(si)性(xing)。這樣才(cai)能保(bao)證(zheng)測量性(xing)能。
根據Langhaar HL公式,L=0.058Re.d對(dui)進口沒(mei)干擾(rao)的(de)光滑圓管,湍(tuan)流時,L為25,50d。
由此,我們在使用(yong)平衡式(shi)流量計時,要(yao)充(chong)分考(kao)慮(lv)直管(guan)段對其(qi)性(xing)能的影響,理(li)想(xiang)條件下的安裝要(yao)求不能作為生產實(shi)踐的技術指標使用(yong)。
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