雷諾數(shù)與測量誤差補(bǔ)償方法

流體在封閉管道中流動(dòng)時(shí)，其速度分布會(huì)明顯影響差壓流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。這種速度分布同雷諾數(shù)Re_D之間有對應(yīng)的關(guān)系，因此研究者將這種影響轉(zhuǎn)化為同類諾數(shù)之間的關(guān)系，并用函數(shù)式或圖表予以描述。例如超聲流量計(jì)有自帶微處理器，能對雷諾數(shù)的影響作自動(dòng)校正，以提高低流速時(shí)的測量精確度，如本書的圖3.41所示。本節(jié)主要對使用廣泛的孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)作較深入的討論。

8.1.1孔板流量計(jì)流出系數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系

  在本書的第3.1節(jié)中，式（3.1）給出孔板流量計(jì) 流量值同各個(gè)自變量的關(guān)系，其中流出系數(shù)C就同管道雷諾數(shù)有關(guān)。其實(shí)C并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨雷諾數(shù)Re_D變化的一個(gè)變量。一副孔板制作完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，其直徑比 即為常數(shù)，其流出系數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系可用一條C＝ 關(guān)系曲線來表示，如圖8.1所示。

     在傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)中，由于數(shù)據(jù)處理功能不強(qiáng)，要將C當(dāng)作變量來處理，是極其困難的，為了使實(shí)際使用流量范圍內(nèi)的系數(shù)變化盡可能小，在規(guī)定的范圍內(nèi)，常常采用下面的措施。

a.       將差壓上限 盡可能取大一些，從而使 小一些。

b.       縮小管徑，提高流速，從而使節(jié)流裝置在較高雷諾數(shù)條件下使用。

c.  限制流量計(jì)的使用下限（結(jié)合差壓計(jì)精確度的約束條件，傳統(tǒng)的共識(shí)是測量下限不低于30％FS），因?yàn)榱髁吭叫。珻與常用流出系數(shù)C 的差異越大。在文獻(xiàn)[1]中，由于C和C 之間的偏差規(guī)定為≤0.5％^[2],這樣就產(chǎn)生了老版本節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊中的 ）界限雷諾數(shù)圖^[1]。

   隨著微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對儀表的滲透，差壓式流量測量技術(shù)獲得了一次飛躍，其顯著的標(biāo)志是差壓變送器精確度大大提高，從以前的1.5級提高到現(xiàn)在的0.1級甚至0.075級；其次是流量二次表實(shí)現(xiàn)智能化，數(shù)據(jù)處理能力和精確度獲得了極大的提高，這些都為孔板流量計(jì)的測量低端的精確度的提高創(chuàng)造了充分的條件，在GB/T2624－1993中給出了孔板流出系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的關(guān)系式（以角接取壓為例）^[2]，如式（7.27）所示。

   應(yīng)用這一公式實(shí)現(xiàn)雷諾數(shù)變化對流量測量影響的修正常用兩種方法，一種是C的在線計(jì)算法，另一種是C的離線計(jì)算法。

   （1）C的在線計(jì)算法  這一方法是利用流量二次表內(nèi)單片機(jī)的高速計(jì)算能力，用迭代法精確計(jì)算當(dāng)前的流出系數(shù)并進(jìn)一步計(jì)算流量值。采用迭代法是因?yàn)镃是Re_D的函數(shù)，而Re_D是質(zhì)量流量qm的函數(shù)，而qm又是C的函數(shù)。其計(jì)算程序框圖如圖8.2所示。其中Cd為孔板計(jì)算書中的C值。

   計(jì)算C的部分,其實(shí)， 甚至d都是變量，都由相應(yīng)的計(jì)算子程序計(jì)算得到。

   （2）C的離線計(jì)算修正法[3]  C的離線計(jì)算通常是在整個(gè)流量測量范圍內(nèi)選10個(gè)或16個(gè)（由流量二次表中折線校正坐標(biāo)系取的點(diǎn)數(shù)定）典型測量點(diǎn)qi，并計(jì)算出各點(diǎn)的雷諾數(shù)，然后按式（7.27）計(jì)算各點(diǎn)的流出系數(shù)，最后按下式計(jì)算出各點(diǎn)的C修正系數(shù) 。

                       （8.1）

  式中    ——各典型的測量點(diǎn)流出系數(shù)；

          ——孔板計(jì)算書中的流量系數(shù)。

（3）C的離線計(jì)算修正法舉例[3]

 ①已知條件

 被測流體名稱：飽和水蒸氣；

 質(zhì)量流量： ；

 最小質(zhì)量流量： ；

 工作壓力： ⁵ （表面值）；

 工作溫度： 170℃；

 工作狀態(tài)下被測流體相對濕度： ；

 工作狀態(tài)下被測流體密度： ³；

 工作狀態(tài)下被測流體黏度： ^－6 · ；

 工作狀態(tài)下被測流體等熵指數(shù)： ；

 當(dāng)?shù)厝昶骄髿鈮海? ；

 20℃情況下管道內(nèi)徑： ；

 管道材質(zhì)：20＃鋼；

差壓計(jì)差壓上限： ；

節(jié)流裝置的取壓方式：角接取壓；

管道材質(zhì)的線膨脹系數(shù)： ^－6℃^－1；

孔板材質(zhì)的線膨脹系數(shù)： ^－6℃^－1；

② 求孔板開孔直徑d

a.       求工作狀態(tài)下管道內(nèi)徑

  150

=150.28

b.求流量條件下雷諾數(shù)

Re_D=                                （8.2）

Re_D

      ＝990433.1791

c.求A2值

    ＝

    ＝0.

d.設(shè) =0.6060,

e.據(jù)                     

                         ^0.25

                                      （8.3） ^0.75          

        +0.0900L1 ^－1－0.0337 ₂ ³_n                              (8.4)

 式中  L1——上游取壓口相對間距，L1= ;

——下游取壓口相對間距， ；

——分別為上游、下游取壓口間距。

因?yàn)椴捎媒墙尤海陨鲜街?

從 起判別精確度，判別公式 ，判別條件 ^－10。

用迭代法求 和 （ … 。

在精確度足夠后，得到

f.求d

g.求         

                     ＝

③求各典型測量點(diǎn)流出系數(shù)的修正系數(shù) 。

a.       按式（8.2）計(jì)算各典型測量點(diǎn)雷諾數(shù)；

b.用前面計(jì)算得到的 值和各典型測量點(diǎn)雷諾數(shù)，分別代入式（8.4），得到各點(diǎn)C，并按式（8.1）計(jì)算 ；

以上計(jì)算結(jié)果列于表8.1。

                        表8.1  C及 數(shù)據(jù)表

對于一幅已有的節(jié)流裝置，其計(jì)算書中已列出計(jì)算 的必要數(shù)據(jù)，則可省去上述第②步，直接從第③步計(jì)算