渦街流量計與孔板流量計壓力損失的比較研究

渦街流量計與孔板流量計壓力損失的比較研究
        如今社會在大力提倡節約能源, 每種流量計的壓力損失成為用戶比較關注的問題, 流量儀表的壓力損失小已經是選擇流量計的一項重要指標。由于渦街流量計與孔板流量計使用的條件相似, 并且使用廣泛, 因此人們常常對這兩種流量計進行比較, 以便選出更合適的測量儀表。雖然已經有人對渦街流量計與孔板流量計的壓力損失進行過比較, 但目前文獻中所作的比較存在兩個問題。, 文獻中多是通過比較兩種流量計的壓力損失計算公式來對兩種儀表的壓力損失進行比較。對于孔板流量計, 它的歷史較長, 有統一的國際標準, 可以直接用給出的壓力損失計算公式進行計算。對于渦街流量計, 它的歷史相對較短, 沒有統一的國際標準, 給出的一些計算公式也不太成熟, 通常計算值與真實值之間存在較大的誤差。例如, 渦街流量計的生產廠家即使是按照行業規范生產的同一型號的渦街流量計, 其給出的計算渦街流量計壓力損失的壓力損失系數Cd也是各不相同的, 這就給用公式計算壓力損失帶來了誤差。第二, 對兩種流量計壓力損失比較時, 并沒有規定兩種流量計的有效流通面積相同, 所得到的結果缺乏說服力。基于以上兩個原因, 在天津大學自動化學院流量實驗室的氣體裝置上做了渦街流量計壓力損失試驗, 用試驗結果與公式計算的結果進行了比較, 對不同Cd值給渦街流量計壓力損失計算造成的誤差進行了分析, 給出了經試驗驗證的Cd 值。并在保證有效流通面積的條件下對兩種流量計的壓力損失進行了比較, 對工業中選用流量計及計算渦街流量計的壓力損失都有很好的參考價值。
        渦街流量計壓力損失的測量
        傳統測量孔板流量計壓力損失的方法如圖2 所示, 分別測出P1、P2兩點之間的靜壓力, 所得差值即為孔板壓力損失。為了使測出的壓力是不可恢復性壓力, P1、P2兩點之間的距離應盡量遠, 文獻[ 3] 中, 管道直徑D= 300 mm, P1、P2 之間的距離為27D, 在本試驗中管道直徑D = 100 mm, P1、P2兩點之間的距離為50D, 通過差壓變送器直接將兩點之間的差壓值讀出。考慮到P1、P2兩點之間的距離比較長, 因此管道本身的壓力損失將不能忽略。對裝有渦街流量計時總的壓力損失..P t 和管道本身的壓力損失..Pp 分別在不同的流速v 下進行測量, 用..P t 減去..Pp 即為渦街流量計的壓力損失..P v。
        壓力損失系數的誤差分析
        由下式計算渦街流量計的壓力損失: ..P V= 12 C d ..u2 ( 1) 式中: ..PV 為渦街的壓力損失; Cd 為壓力損失系數; ..為流體密度; u 為氣體平均流速。由式( 1) 可見, 壓力損失系數的準確度對壓力損失的計算很重要。C d的大小一般由生產廠家給出, 但即便是按照行業標準生產的同一型號的渦街流量計, 生產廠家給出的Cd 值差別也很大, 對于用三角柱體做旋渦發生體的渦街流量計, 廠家給出的Cd 值一般在1. 8~ 2. 4 之間。本試驗將壓力損失的試驗數據與不同Cd值下的計算結果進行了比較, 如圖3 所示。從圖3 中可以看出, 不同的Cd取值會使壓力損失的計算值與試驗值的誤差隨著流速的增加而增加。還可以看出, 當C d取2. 2 時與計算值與試驗結果吻合的比較好, 這時計算值與試驗結果的誤差不超過5% 。當Cd取2. 4、2. 0、1. 8 時, 與試驗結果的誤差分別達到18. 78%、17. 35%、33% , 壓力損失系數C d的取值對計算結果影響是較大的, 在流速高時更明顯。以上分析說明, 僅通過渦街流量計壓力損失的計算公式來與孔板流量計的壓力損失進行比較, 不能保證較高的準確度。
        渦街流量計與孔板流量計壓力損失的比較
        對于孔板流量計的壓力損失, 本文用ISO 5167 - 2: 2003 給出的計算公式進行計算, 計算結果與渦街流量計壓力損失的試驗結果進行比較。為了更好地對渦街流量計的壓力損失與孔板的壓力損失進行比較, 本文選擇了有效流通面積相同的渦街流量計和孔板流量計進行比較, 這樣的比較也才有意義。
        結.. 論
        (1) 壓力損失系數C d 的準確性對于渦街流量計壓力損失的計算影響比較大, 對于旋渦發生體為三角柱體的渦街流量計, 當壓力損失系數Cd 為2. 2 時, 計算值與本試驗結果吻合較好。
        ( 2) 孔板流量計的壓力損失比渦街流量計大, 如果保證兩種流量計的有效流通面積相同, 那么孔板流量計的壓力損失是渦街流量計的1. 7 倍左右。