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8.1.2  雷諾數對渦街流量計的影響

(1)雷諾數對渦街流量計的影響    在一定的雷諾數范圍之內,渦街流量計輸出頻率信號同流過測量管的體積流量之間的關系不受流體物性(密度、黏度)和組分的影響,即流量系數只與旋渦發生體及管道的形狀尺寸有關,因此,只需在一種典型介質中標定其流量系數而適用于各種介質,這是渦街流量計的一大優點。但若雷諾數超過這一范圍,就要產生影響了。

圖8.4所示為渦街流量計工作原理。在流體流動的管道中設置一個旋渦發生體(阻流體),于是在發生體下游的量冊就會交替地產生有規則的旋渦。這種旋渦稱為卡曼渦街。此旋渦的頻率同各因素的關系可用式(8.5)表述,即

           

                     圖8.4   卡曼渦街

                                                 (8.5)

式中         ——發生體一側產生的卡曼渦街頻率;

                ——斯特羅哈爾數(無量綱數);

             * ——流體的流速;

              * ——旋渦發生體的寬度。

圖8.5所示為圓柱狀旋渦發生體的斯特羅哈爾數同雷諾數的關系。由圖可見,在 4~7×106范圍內,是曲線的平坦部分(Sr=1.7),卡曼渦街頻率與流速成正比,這是儀表正常工作范圍。在 =5×103~2×104范圍內,旋渦能穩定發生,但因斯特羅哈爾數增大,所以流量系數須經校正后才能保證流量測量精確度。當ReD<5×103后旋渦不發生或不能穩定地發生。

   

             圖8.5   斯特羅哈爾數與雷諾數的關系

本節討論的是 =5×103~2×104的區間如何提高流量測量精確度的問題。如果獲得可靠的校正系數并用適當的方式實現在線校正就能將測量精確度提高,將范圍度顯著擴大。

(2)雷諾數影響的校正     表8.2給出了YF100系列渦街流量計低雷諾數測量段的校正系數表。使用這一表格的方式也有在線計算和離線計算之分。其中在線計算法多在帶CPU的渦街流量變送器(傳感器)中使用,離線計算多在流量顯示表中用折線法實現校正時使用。

              表8.2  雷諾數校正系數

雷諾數ReDi

校正系數A

雷諾數ReDi

校正系數A

5.5×103

0.886

2.0×104

0.990

8.0×103

0.935

4.0×104

1.000

1.2×104

0.964

   

圖8.6所示為在線計算校正系數的程序框圖。圖中的Kt為流量系數,D為測量管內徑, 為流體黏度,qm為質量流量。

               

                  圖8.6   在線計算校正系數的程序框圖

離線計算就是計算滿量程的雷諾數和各典型流量點的流量值,然后制作折線,填入儀表的程序菜單,儀表運行后,實現自動校正。

(3)舉例

 ①已知條件

a.       流體名稱:柴油

b.       流體溫度:30℃

c.       流體密度: 3

d.       流體黏度: ·s

e.       管道內徑:D=0.05m

f.        最大流量:qvmax=50m3/h

②計算

a.最大質量流量qmmax的計算

qmmax=

b.最大流量時的雷諾數ReDmax的計算[使用式(8.2)]

ReDmax 4

c.各典型流量點的體積流量qvi的計算

                               (8.6)

  將表8.2中各典型流量點雷諾數代入式(8.6)得各點流量qvi,列于表8.3中。

                   表8.3  各特征點校正系數

流量值qvi/(m3/h)

雷諾數ReDi

校正系數A

流量值qvi/(m3/h)

雷諾數ReDi

校正系數A

2.976

5.5×103

0.886

10.823

2.0×104

0.990

4.329

8.0×103

0.935

21.645

4.0×104

1.000

6.494

1.2×104

0.964

50.000

9.24×103

1.000

這一方法可用來對黏度比水高一些的液體低流速段進行誤差校正。

(4)在流量傳感器(變送器)中的實現    上面所述的雷諾數影響的校正是在流量二次表中完成的,適用于渦街流量計本身無校正能力的測量系統。隨著計算機技術滲透到流量一次表,有些渦街流量計本身也具備了這種校正功能。例如橫河公司的YF100系列E型渦街流量計中,是用4段折線實現此項校正。折線的橫坐標為旋渦頻率 ,其縱坐標為校正系數A,如圖8.7所示。

 

                 圖8.7  校正值與旋渦頻率的關系

在表8.3所示的例子中,可從表8.3中的流量值qvi按下式求取各特征點頻率 。

式中  ——體積流量,L/h或m3/h;

      Kt——流量系數,P/L或P/m3(1P=0.1Pa·s)。

然后將各點頻率和所對應的校正值填入渦街流量計(變送器)菜單(第D21~D30條),并在“REYNOLDS  ADJ”(雷諾數校正)項指定“1”(執行),儀表運行后,就能將雷諾數對流量系數Kt的影響自動按下式進行校正。

          

式中   ——校正后的流量系數,P/L或P/m3;

        A——校正值;

        Kt——未經校正的流量系數,P/L或P/m3。

 

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