臨界流文丘里噴嘴算法及比較

馮春輝

摘 要：針對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程中噴嘴質(zhì)量流量的具體計(jì)算方法未明確給出，結(jié)合實(shí)際介紹了臨界流文丘里噴嘴質(zhì)量流量計(jì)算的常用算法，算法中明確了各參數(shù)具體的計(jì)算步驟，指明計(jì)算中參數(shù)使用注意事項(xiàng)，防止在計(jì)算中出現(xiàn)錯(cuò)用造成計(jì)算結(jié)果誤差，對參與質(zhì)量流量計(jì)算中個(gè)別參數(shù)的其他算法進(jìn)行論述，分析算法間結(jié)果數(shù)據(jù)的差異。

關(guān)鍵詞：噴嘴;流出系數(shù);臨界流函數(shù)

0 引言

臨界流文丘里噴嘴由于其性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、計(jì)量精度高等特點(diǎn)，通常被作為實(shí)流高壓氣體的次級標(biāo)準(zhǔn)裝置，用來校準(zhǔn)工作級傳遞標(biāo)準(zhǔn)或高準(zhǔn)確度的被檢流量計(jì)，針對臨界流文丘里噴嘴流量計(jì)算算法相對復(fù)雜且較多，規(guī)程中計(jì)算方法與實(shí)際使用的往往不符及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程算法未具體明確，本文結(jié)合GB/T21188《用臨界流文丘里噴嘴測量氣體流量計(jì)》[1]，GB/T21446《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》[2]以及流量計(jì)檢定站系統(tǒng)內(nèi)常用算法，對臨界流文丘里噴嘴的算法和注意事項(xiàng)進(jìn)行簡要介紹，對參與質(zhì)量流量計(jì)算中個(gè)別參數(shù)的其他算法進(jìn)行介紹，并對算法結(jié)果差異進(jìn)行比較。

1 臨界流文丘里噴嘴質(zhì)量流量計(jì)算

臨界流指達(dá)到臨界壓力比時(shí)，流過噴嘴的氣體質(zhì)量流量達(dá)到最大，氣體在喉部達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲伲藭r(shí)的流動(dòng)稱為臨界流。進(jìn)一步降低背壓比，通過噴嘴的質(zhì)量將保持不變。

臨界流文丘里噴嘴質(zhì)量流量計(jì)算方法較多，目前在各檢定站通常采用以下方法計(jì)算質(zhì)量流量，在已知：氣體組分;上游直管段內(nèi)徑D20及材質(zhì)，噴嘴喉部直徑d20及材質(zhì)（D20和d20通過幾何檢定可知）;上游絕對壓力P1，上游絕對溫度T1（變送器直接測量獲得的絕對壓力和絕對溫度）情況下，按照實(shí)際條件下臨界流量的計(jì)算公式計(jì)算，公式為：

1.1 Ant噴嘴喉部橫截面積計(jì)算

由于溫度會(huì)引起金屬材質(zhì)變形，因此在實(shí)際計(jì)算中需要考慮溫度對上游直管段內(nèi)徑及喉徑的影響，計(jì)算公式如下：

3 計(jì)算實(shí)例

例：普通加工圓環(huán)形噴嘴計(jì)量管路上游變送器數(shù)值為：P1=8.60185Mpa，T1=27.68971℃，上游管道材質(zhì)為20#鋼（線膨脹系數(shù)為11.16*10-6mm/（mm·℃）），喉部為10#鋼（線膨脹系數(shù)為11.6*10-6mm/（mm·℃）），該噴嘴的標(biāo)稱體積為410m3/h;根據(jù)校準(zhǔn)證書知喉徑d20=25.1314mm，上游直管段內(nèi)徑為D20=106mm;根據(jù)校準(zhǔn)證書雷諾數(shù)和流出系數(shù)證書擬合的a=0.998549842，b=11.21282265，n=0.5;

4 結(jié)論

從以上的討論和分析中可以得出以下結(jié)論：

（1）從文中算法的比較可以看出使用不同方法計(jì)算噴嘴質(zhì)量流量時(shí)，算法差異會(huì)造成結(jié)果間存在明顯偏差。

（2）臨界流噴嘴質(zhì)量算法中滯止溫度和滯止壓力一般采用疊帶算法，流出系數(shù)一般根據(jù)噴嘴校準(zhǔn)所得雷諾數(shù)和流出系數(shù)，按照擬合得到噴嘴的a、b、n，然后采用雷諾數(shù)和質(zhì)量流量疊代計(jì)算獲得。

（3）按照噴嘴的類型，采用GB/T21188中表1給出的a、b、n 計(jì)算出的流出系數(shù)，帶入噴嘴質(zhì)量計(jì)算公式結(jié)果偏差較大。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T21446-2008.用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量

[2] GB/T 21188-2007.用臨界流文丘里噴嘴測量氣體流量

（作者單位：國家石油天然氣大流量計(jì)量站烏魯木齊流量分站）