D-D/2標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出系數(shù)公式演變的分析

史振東 李 旭 段慧明 王彤欣 劉華清

(1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029；2.北京清陽(yáng)儀表科技有限公司，北京 100085)

?

D-D/2標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出系數(shù)公式演變的分析

史振東1李 旭1段慧明1王彤欣2劉華清2

(1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029；2.北京清陽(yáng)儀表科技有限公司，北京 100085)

簡(jiǎn)要介紹了D-D/2標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量公式，指出了流出系數(shù)公式在GB 2624—1993和GB 2624—2006兩種算法中的不同，并將按不同版GB2624計(jì)算得到的流出系數(shù)及流量進(jìn)行了比較分析。

D-D/2取壓；孔板；流出系數(shù)；質(zhì)量流量

0 引言

標(biāo)準(zhǔn)孔板是機(jī)械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板，是差壓式流量計(jì)的節(jié)流件，擁有悠久的歷史。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的新型流量計(jì)得到了發(fā)展?？装辶髁坑?jì)作為一種經(jīng)典的流量計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)可動(dòng)部件、長(zhǎng)期使用穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，且標(biāo)準(zhǔn)化程度高、線性好、可不必進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定。因此孔板在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，擁有巨大的市場(chǎng)?？装辶髁坑?jì)有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2624)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行了描述和規(guī)定。隨著理論研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的日益完善，GB 2624也由1993版本更新到2006版本，那么在相同條件下，分別以GB 2624—2006和GB 2624—1993計(jì)算D-D/2取壓方式下的孔板流量，計(jì)算結(jié)果的差別有多大？本文就此進(jìn)行了探討。

孔板流量計(jì)計(jì)算流量公式為：

(1)

式中：d為孔板內(nèi)徑；β為孔徑比；ε為可膨脹系數(shù)；C為流出系數(shù)；Δp為孔板上下游差壓；ρ為流體密度。

從式(1)可以看出，在孔板、管道、差壓、介質(zhì)及其狀態(tài)相同的條件下，流量?jī)H與流出系數(shù)、可膨脹系數(shù)的大小有關(guān)。

1 GB 2624—1993與GB 2624—2006關(guān)于流出系數(shù)的差異分析

GB/T 2624—2006根據(jù)大量數(shù)據(jù)回歸的R/G公式取代GB/T 2624—1993的stolz公式計(jì)算孔板流出系數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)孔板在GB 2624—1993中流出系數(shù)的計(jì)算公式為：

C= 0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+

(2)

因此，式(2)簡(jiǎn)化為：

C= 0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+

β4)-1-0.0337×0.47β3

(3)

標(biāo)準(zhǔn)孔板在GB 2624—2006中流出系數(shù)用Reader-Harris/Gallagher(1998)公式計(jì)算：

C= 0.5961+0.0261β2-0.216β8+

(4)

式(4)簡(jiǎn)化為：

C= 0.5961+0.0261β2-0.216β8+

(5)

從式(3)、(5)可以看出，流出系數(shù)公式有較大不同。

2 以水為介質(zhì)角接標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出系數(shù)及流量計(jì)算

下面以實(shí)例進(jìn)行分析，已知條件：管道內(nèi)徑100mm、孔板內(nèi)徑50mm，介質(zhì)為水，工作壓力為0.3MPa，工作溫度為20℃，取壓方式為D-D/2取壓。計(jì)算結(jié)果如表1、表2所示。

表1 以GB 2624—1993和GB 2624—2006計(jì)算流出系數(shù)的結(jié)果比較

表2 以GB 2624—1993和GB 2624—2006計(jì)算質(zhì)量流量的結(jié)果比較

從表1可以看出，隨著差壓的增大，流出系數(shù)減??；從表2可以看出，隨著差壓的增大，質(zhì)量流量增大。在同一差壓下，質(zhì)量流量的偏差與流出系數(shù)的偏差是相同的，這是因?yàn)樵谄渌鼦l件相同，即管道內(nèi)徑、孔板內(nèi)徑、介質(zhì)、工作壓力、工作溫度都完全相同的情況下，流量公式中只有流出系數(shù)一個(gè)變量，而流量與流出系數(shù)成線性關(guān)系。

以GB 2624—2006和GB 2624—1993計(jì)算質(zhì)量流量之間的偏差如圖1所示。在該工作條件下，按GB 2624—2006計(jì)算出來(lái)的流量比GB 2624—1993計(jì)算出來(lái)的流量偏大，但其偏差在萬(wàn)分之幾，從圖1還可以看出，隨著差壓的增加，計(jì)算結(jié)果之間的偏差逐漸減小，但減小的幅度很小。

下面以另一個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析，其他所有條件不變的情況下，僅孔板內(nèi)徑變更為20mm。經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到表3。

圖1 以GB 2624—2006和GB 2624—1993計(jì)算質(zhì)量流量之間的偏差

表3 以GB 2624—1993和GB 2624—2006計(jì)算質(zhì)量流量的結(jié)果比較

從表3可以看出，在該工作條件下，按GB 2624—2006計(jì)算出來(lái)的流量比GB 2624—1993計(jì)算出來(lái)的流量也是偏大的，雷諾數(shù)在20000左右及以內(nèi)二者偏差較大，且隨著差壓的增加，計(jì)算結(jié)果之間的偏差逐漸減小。

3 結(jié)論

本文系統(tǒng)地介紹了GB 2624—1993和GB 2624—2006流出系數(shù)的公式，并將D-D/2取壓方式的孔板流出系數(shù)的公式進(jìn)行了簡(jiǎn)化整理，以GB 2624—2006計(jì)算出來(lái)的流出系數(shù)及流量與以GB 2624—1993計(jì)算出來(lái)的流出系數(shù)及流量進(jìn)行了比較分析，有利于生產(chǎn)廠家及廣大用戶進(jìn)行孔板設(shè)計(jì)計(jì)算及流量計(jì)算。而現(xiàn)行的JJG 640—1994《差壓式流量計(jì)檢定規(guī)程》與GB 2624—1993基本一致。本文對(duì)流出系數(shù)及流量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析，有利于更好地貫徹和完善檢定規(guī)程，對(duì)于差壓式流量計(jì)行業(yè)的發(fā)展具有一定的意義。

[1] JJG 640—1994差壓式流量計(jì)檢定規(guī)程

[2] GB 2624—1993流量測(cè)量節(jié)流裝置 用孔板、噴嘴和文丘里管測(cè)量充滿圓管的流體流量

[3] GB 2624.1—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量 第1部分：一般原理和要求

[4] GB 2624.2—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量 第2部分：孔板

[5] 蘇彥勛，等.流量計(jì)量與測(cè)試.北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2007

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.12