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临界流喷嘴的原理和应用

作者: 兴罡石化设备| 时间:2016-02-01 09:29:40 | 点击次数:

随着油气田的开发, 高压气体的输送和高压大流量气体流量的测量, 需要大量的流量仪表和标准装置, 临界流喷嘴流量计在 解决高压大流量气体流量计量问题中起到了重要作用, 并得到了广泛应用. 20 世纪70 年代以来, 英国国家工程实验室、法国煤气公司、英国煤气公司工程研究所、美国国家标准局、Colorado 工程研究所、日本国家计量研究所以及我国的计量研究院等对临界流喷嘴作了系统研究, 现已为ISO 采纳为国际标准ISO9300 .
但是, 在临界流喷嘴的实际应用中, 人们往往不能正确掌握使用方法而引起误差. 使用流量公式时不能正确理解某些物理量的意义及使用单位, 尤其是临界流函数中的参数应用, 从而造成数量级概念的错误.
临界流喷嘴的结构及工作原理:
我们已经知道, 当气体流经一个渐缩喷嘴时, 如果保持喷嘴上游端压力P0 和温度T0 不变, 使其下游压力P2 逐渐减小, 则通过喷嘴的气体质量流量qm 将逐渐增加. 当下游压力P2 下降到某一压力PC 时, 通过喷嘴的质量流量将达到最大值qmax , 此时喷嘴出口的流速已达到当地音速a. 如果继续降低下游端压力P 2, 通过喷嘴的质量流量将不再增加, 流速也保持音速不变. 我们将喷嘴出口的流速达到音速的压力P C 称为临界压力, PC/ P 0 称为临界压力比, 此时通过喷嘴的流量称为临界流量.
确定临界流喷嘴的流出系数一般有以下3 种方法:
应用基本的物理定理, 列出数学方程式, 用理论的方法求解而得到流出系数, 用测定内部流场或外部流场的方法计算出通过喷嘴的实际流量, 从而确定流出系数。总特性的测量, 即在气体流量标准装置上进行总特性试验, 标定出流出系数. 第一种方法实际上比较困难, 它是用气体动力学原理来分析流体经过喷嘴的特性以确定流出系数. 从理论上确定流出系数主要应估计两个因素, 一是流体沿喷嘴管壁附面层的增长, 使流体实际的流通面积减小; 二是由于二维甚至多维流动的影响在径向方向上的速度梯度而引起的理论流量与实际流量之间的偏差. 第二种方法, 即内流场法和外流场法, 是为了解决高压大流量临界流喷嘴的标定问题而提出的一种方法. 试验表明, 内流场法由于检测时易扰乱原流场, 校验精度较低. 用外流场法测量临界流喷嘴流出系数, 其不确定度为0. 3% 左右. 和PVTt 法标定结果比较, 最大偏差为0. 5%. 可见, 外流场法不失为工程校测大流量临界流喷嘴的有效方法. 第三种方法是目前用得最多的一种方法, 即在气体流量标准装置上测得通过临界流喷嘴的实际流量, 从而计算出流出系数. NEL、NBS、Colorado 等单位用正压法标定得到的一系列流出系数C, 其实验结果基本上都在ISO 曲线附近± 0. 2% 的范围之内[ 3] .
用气体流量标准装置来标定临界流喷嘴的流出系数具有准确度高、标定方便等优点. 流出系数的准确度, 也即临界流喷嘴的准确度将取决于流出系数标定装置的精度, 目前一般可达± 0. 2% 左右. 但由于设备条件限制, 只能标定小流量临界流喷嘴( 一般qm < 5 kg / s) .
临界流喷嘴的特点和应用
临界流喷嘴作为一级传递标准, 在标定各种气体流量计的高压大流量特性, 特别是各种应用系统的在线标定, 起到了其它气流量标准所不能替代的作用. 作为一种气体流量计, 也有许多差压式流量计不可比拟的优点.
首先, 有非常清晰的工作原理, 可以用一个半经验公式表示, 在一级标准装置上标定得到的流出系数可以推广到不同操作条件而不丧失其准确度; 而且具有很好的复现性, 可以进行在线测量, 便于自动控制. 其次, 不受喷嘴上游端流速分布的影响, 因此上游端不需要很严格的直管段. 而且其流量值仅取决于喷嘴上游的流体参数, 不受下游压力变化的影响. 通过喷嘴的质量流量与入口滞止压力为线性关系, 不需要测量差压, 也无须在流速有剧烈变化之处测量静压, 使得压力的测量精度大为提高, 有利于提高测量精度. 最后, 工作范围极宽, 温度、压力、流量等参数的范围几乎不受限制. 尺寸紧凑, 作为流量标准, 在同样的流量测量范围, 无论体积, 价格等都比同等精度的其它流量标准装置小得多和低廉得多. 但是, 应用公式( 1) 计算流量时, 必须很精确地掌握临界流喷嘴的流出系数C 和被测介质的临界流函数..的值. 尤其是测量天然气、水蒸气等实际气体时, 临界流函数.. 必须正确计算, 这正是本文提出的目的。

 

我司喷嘴拥有专利技术:http://www.lyxgsh.com/ry/zl/495.html   http://www.lyxgsh.com/ry/zl/164.html
 

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