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對圖(2-1)中所示發(fā)生體,得到m的計算公式為:
將公式(2-4)代入公式(2-3)中得到:
公式(2-5)相對比較復(fù)雜,對流體流通面積而言,可以把旋渦發(fā)生體看作矩形(寬為 d,長為 D)見圖 2-1(b),面積比為:
將(2-6)式帶入(2-5)式中得到:
根據(jù)相關(guān)的研究表明蒸汽流量計發(fā)生體為等腰三角形六面體截面柱,在d/D=0.28 時,產(chǎn)生的旋渦強(qiáng)度和旋渦的穩(wěn)定性[106~108]。本文實驗的樣機(jī)也采用此類發(fā)生體,/D=0.28。由于發(fā)生體和殼體同為不銹鋼材質(zhì)(1Crl8Ni9Ti)在(20~300)℃線性膨脹系數(shù)為 16.6×10-6,將 d/D=0.28 代入公式(2-7)中得到:
由金屬材料線性膨脹公式得到:
Dr=D20[1+a(t-20)]
式中:Dr為殼體在 t℃的直徑,D20為 20℃是殼體的直徑,a為材料可膨脹系數(shù);
將(公式 2-8)帶入公式(2-9)式中得到:
因公式(2-10)中a(t-20)遠(yuǎn)小于1,利用數(shù)學(xué)公式(1+△X)≈1-3△X,當(dāng)△X 遠(yuǎn)小于1時。
將a和不同溫度下的 t 帶入公式(2-11)中得到下表數(shù)據(jù):
在表 2-1 中,K/ K20表示了溫度為 t 和 20℃時儀表系數(shù)之比,表示了溫度為 t 時儀表系數(shù)的相對變化量,即由于蒸汽溫度的不同所引入的計量偏差,由此計算分析可以看出溫度對機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸的變化引起對儀表系數(shù) K 的影響。隨著溫度的升高,造成的計量偏差也越來越大。
2.蒸汽介質(zhì)斯特勞哈爾數(shù)的影響
斯特勞哈爾數(shù)是在流體力學(xué)中討論物理相似與?;瘯r引入的相似準(zhǔn)則。即表示旋渦頻率與阻流體特征尺寸、流速關(guān)系的相似準(zhǔn)則。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)旋渦的分離頻率與旋渦發(fā)生體的幾何尺寸、管道的幾何尺寸有關(guān),即斯特勞哈數(shù)可以認(rèn)為是定值。由圖 2-2 可見,在Red=2×10~7×10范圍內(nèi),Sr可視為常數(shù),這是儀表正常工作范圍。
但在實際的情況下,Sr即使在ReD=2×10~7×10也是隨ReD的變化而波動,根據(jù) 1989 年日本制訂的蒸汽流量計工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ISZ8766《蒸汽流量計——流量測量方法》,2002 年修訂版將蒸汽流量計發(fā)生體的固定形式分為兩類,《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的旋渦設(shè)計,發(fā)生體按插入測量管頂端是否固定可分為標(biāo)準(zhǔn) 1 型和標(biāo)準(zhǔn) 2 型兩種,其 Sr 值微有差異,如表 2-2 所示:
標(biāo)準(zhǔn) 2 型Sr的平均值為 0.25033,其標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.12%;而標(biāo)準(zhǔn) 1 型,其標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.3%,目前我們國內(nèi)普遍采用此類結(jié)構(gòu)方式。日本橫河儀表生產(chǎn)的蒸汽流量計普遍采用標(biāo)準(zhǔn) 2 型。
由雷諾數(shù)的推導(dǎo)公式(2-12)可以看出,在檢測過程中,蒸汽及空氣由于粘度的不同,會導(dǎo)致雷諾數(shù)的不同。根據(jù)三種流體介質(zhì)通常實驗條件下的工況,三種介質(zhì)的運(yùn)動粘度如表 2-3 所列:
式中:ρ為介質(zhì)密度,D 為管徑,u為流速,η為介質(zhì)動力粘度,ν為介質(zhì)運(yùn)動粘度。
由上述查表數(shù)據(jù)可看出,在不同工況下,水的運(yùn)動粘度zui小,蒸汽的次之,空氣zui大,比例約為 1:4:15。因此要得到相同的雷諾數(shù),水的流速zui低,蒸汽次之,空氣zui大。在檢定儀表的系數(shù)時,需要考慮到在雷諾數(shù)相同的條件下,實際的測量過程中往往忽略掉雷諾數(shù)不同帶來的影響。特別是在蒸汽的測量過程中,儀表量程的選型是根據(jù)在空氣介質(zhì)下測量得到的體積流量范圍與蒸汽的密度相乘,計算得到蒸汽的體積流量范圍,會造成不同介質(zhì)下雷諾數(shù)的范圍不同。通過針對表 2-6 的分析可以認(rèn)為,只要不同介質(zhì)在規(guī)定的雷諾數(shù)范圍開展檢定,不會造成較大的偏差,其影響可忽略,但超出規(guī)定范圍會造成了Sr的不同,帶來較大的偏差。
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