臨界流文丘里噴嘴算法及比較

馮春輝

摘 要：針對標準規(guī)程中噴嘴質(zhì)量流量的具體計算方法未明確給出，結(jié)合實際介紹了臨界流文丘里噴嘴質(zhì)量流量計算的常用算法，算法中明確了各參數(shù)具體的計算步驟，指明計算中參數(shù)使用注意事項，防止在計算中出現(xiàn)錯用造成計算結(jié)果誤差，對參與質(zhì)量流量計算中個別參數(shù)的其他算法進行論述，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、計量精度高等特點，通常被作為實流高壓氣體的次級標準裝置，用來校準工作級傳遞標準或高準確度的被檢流量計，針對臨界流文丘里噴嘴流量計算算法相對復(fù)雜且較多，規(guī)程中計算方法與實際使用的往往不符及標準規(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》[1]，GB/T21446《用標準孔板流量計測量天然氣流量》[2]以及流量計檢定站系統(tǒng)內(nèi)常用算法，對臨界流文丘里噴嘴的算法和注意事項進行簡要介紹，對參與質(zhì)量流量計算中個別參數(shù)的其他算法進行介紹，并對算法結(jié)果差異進行比較。

1 臨界流文丘里噴嘴質(zhì)量流量計算

臨界流指達到臨界壓力比時，流過噴嘴的氣體質(zhì)量流量達到最大，氣體在喉部達到當?shù)匾羲?，此時的流動稱為臨界流。進一步降低背壓比，通過噴嘴的質(zhì)量將保持不變。

臨界流文丘里噴嘴質(zhì)量流量計算方法較多，目前在各檢定站通常采用以下方法計算質(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，按照實際條件下臨界流量的計算公式計算，公式為：

1.1 Ant噴嘴喉部橫截面積計算

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

3 計算實例

例：普通加工圓環(huán)形噴嘴計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·℃）），該噴嘴的標稱體積為410m3/h;根據(jù)校準證書知喉徑d20=25.1314mm，上游直管段內(nèi)徑為D20=106mm;根據(jù)校準證書雷諾數(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算噴嘴質(zhì)量流量時，算法差異會造成結(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 計算出的流出系數(shù)，帶入噴嘴質(zhì)量計算公式結(jié)果偏差較大。

參考文獻

[1]GB/T21446-2008.用標準孔板流量計測量天然氣流量

[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量站烏魯木齊流量分站）