气体差压式流量计流出系数不确定度的评定

差压式流量计是一种常用的流量测量仪表,广泛应用于多种工业领域。本文参照JJG 640-2016《差压式流量计检定规程》中流出系数的计算方法,依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》,对差压式流量计的流出系数进行不确定度评定。

临界流文丘里喷嘴流出系数的计算与分析

临界流文丘里喷嘴是一种高性能的流量计量器具,常作为气体流量计量标准应用于标准装置中,而流出系数是其最重要的计量性能参数之一,通常可溯源至pVTt法气体流量标准装置,采用实流标定的方法进行量值确认,也可以采用经验公式进行计算。目前经验公式有两种,一种为JJG 620—2008《临界流文丘里喷嘴》中给出的经验公式,一种为ISO 9300:2022 Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles中给出的经验公式,两种公式具有相同的雷诺数适用范围,但其考虑的流出系数影响因素不同,计算结果有一定差异。该文对两种经验公式计算流出系数的结果与pVTt基准装置实流标定的流出系数结果进行了对比,结果表明,两种半经验公式在边界层湍流区域的计算结果相一致,在层流区域和转捩区域存在较大差异。另外,测试喷嘴均在层流状态下进行实流标定,且其标定结果与两种半经验公式的计算结果存在差异,建议在实际使用时对喷嘴的流出系数进行修正。

标准孔板经验流出系数分析

标准孔板作为一种节流装置在能源计量领域尤其是蒸汽计量方面得到广泛应用。流出系数作为标准孔板的一个关键参数,该文对其进行深入讨论。指出了标准孔板的经验流出系数在GB/T 2624-1993与GB/T 2624.2-2006中计算方法的不同,并按不同版本的GB/T 2624计算得到的经验流出系数与试验得到的流出系数进行比较。由试验可知,GB/T 2624.2-2006对经验流出系数的计算方法进行修正后与试验结果更为近似,最大试验误差不超过0.16%。

V形内锥流量计关键参数对流出系数的影响

将计算流体动力学仿真试验和实流物理试验相结合,剖析V形内锥流量计的流出系数特性,探索不同等效直径比β、前后锥角以及雷诺数等对流出系数的影响规律。湍流模型为RNG k-ε模型。针对100 mm口径,设计了β值分别为0.50、0.65、0.85,前锥角分别为40°、45°、50°,后锥角分别为120°、130°、140°,共27种组合的V形内锥体,仿真介质为水,温度为293 K。经过数值模拟试验,获得了27条内锥流量计流出系数特性曲线。为进一步验证仿真试验结果,在已有实流试验系统的基础上,建立针对V形内锥流量计的专用自动标定平台。两类试验数据比较发现:内锥流量计的流出系数不仅和雷诺数有关,还与等效直径比β及前后锥角相关。首先,β值越大,流出系数越小,且β值越大,流出系数更易受雷诺数的影响;其次,β值相同时,前锥角对流出系数具有决定性的影响,而后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响;第三,较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响。数值模拟试验预测平均误差约5%,最大值小于10%。

内锥流量计流出系数预测方法研究

采用标准k-ε模型、RNG(Renormalization Group)k-ε模型、Realizablek-ε模型和Reynolds应力方程模型RSM(Reynolds Stress Model)对100 mm口径6种结构的内锥流量计内流场进行了数值模拟。在等效直径比β值为0.65的三种结构内锥流量计流出系数的仿真计算中,四种湍流模型计算结果与物理实验结果误差的平均值分别为4.19%,2.84%,2.88%和-0.822%;对β值为0.85的情况,各模型计算误差的平均值分别为11.8%,9.62%,9.30%和4.76%。研究结果表明,RSM模型在6种结构内锥流量计流出系数的预测中,计算精度较高,表现出了较好的性能,优于三种k-ε涡粘模型,更适于内锥流量计流场数值模拟与流出系数的预测。

基于RNGk-ε模型的内锥流量计气体流出系数预测

将计算流体动力学(CFD)气体仿真实验和物理实验相结合,探索不同等效直径比、前后锥角等关键几何参数以及雷诺数对内锥流量计气体流出系数的影响规律.湍流模型为RNGκ-ε模型,实验样机为27种锥体组合结构,实验介质为常温常压空气.仿真实验表明:等效直径比对内锥流量计气体流出系数有决定性影响;前锥角有较大影响,而后锥角对其影响不显著;流出系数随雷诺数增大而趋于常数.利用实流物理实验标定装置对仿真结果进行验证。气体流出系数的预测精度在2%～7%之间.

双锥流量计流出系数特性的数值模拟与试验研究

提出了一种新型的差压式流量计———双锥流量计,利用Fluent仿真软件与实流实验相结合的方法,探索雷诺数、双锥直径比β对双锥流量计流出系数的影响规律。针对50mm管径,共加工了6个不同β值的双锥流量计。经过模拟计算,得到其流出系数与雷诺数有关,但在一定范围内趋于一个定值。此外,不同β值对流出系数的影响很小,在一定误差允许条件下可近似认为双锥流量计流出系数与β无关。进一步用实流实验验证了模拟结果的正确性,得到模拟计算的预测误差小于3%。

音速喷嘴扩散段形状对流出系数的影响

以满足ISO 9300规定的圆环形喉部喷嘴为基础,设计了没有扩散段、极短扩散段及扩散段长度为喉径共3种不同扩散段形状的喷嘴,采用数值模拟的方法对喉径为13.7 mm和30 mm的喷嘴进行了模拟计算。将模拟计算结果与经验公式及试验结果作了对比,验证了模拟计算结果的可信性。又以30 mm喉径喷嘴的模拟计算结果为基础,对不同扩散段形状喷嘴流出系数间存在差异的原因进行了分析。发现与密度场相比,速度场的分布对流出系数的大小起了更加重要的决定性作用;临界流的等效直径与流出系数正相关。

节流式流量计流出系数准确性研究

本文在深入分析节流式流量计流出系数特性的基础上 ,提出了用动态流出系数提高流量测量精度的方法 ,对节流式流量计的具体应用 。

多孔孔板流出系数和压力损失的影响因素

对管径100mm、节流比β=0.67的不同结构的多孔孔板实验样机在标准水装置上进行了实验,结果表明:节流孔分布形式、倒角和厚度对多孔孔板的计量性能均有影响,但影响程度不同,倒角对流出系数和永久压力损失的影响最强,厚度对多孔孔板的流量下限影响最强。

锥体差压式流量传感器流出系数的预测

利用RNGk-ε模型,对100mm口径锥体差压式流量传感器进行了CFD数值模拟实验,其等效直径比β值分别为0.50、0.65、0.85,前锥角分别为40°、45°、50°,后锥角分别为120°、130°、140°,共27种锥体组合.实验结果表明:β值越大,流出系数越小,且流出系数更易受雷诺数的影响;β值相同时,前锥角对流出系数具有较大影响,且较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响;后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响.数值模拟实验于实流物理实验结果相比,平均误差约5%,最大值小于9.1%.

锥形孔板流出系数的研究及其在测量中的应用

通过对孔板流量计进行管内流动数值模拟,找到了孔板流出特性较差的原因。为了得到较好流出特性的孔板,笔者设计了3种不同入口锥角的锥形孔板,通过管内模拟结果得出锥形孔板流出系数随着入口锥角的减小而增大,但增大趋势递减。最终根据模拟得到的理想孔板设计了实物节流件,分析了实验结果和模拟结果的流出系数值产生偏差的原因。并将此种改进孔板应用到实际流量测量中。

音速喷嘴入口段形状对流出系数的影响

通过数值模拟的方法对喷嘴入口段形状对流出系数的影响进行了研究。喷嘴形状测量发现，喷嘴入口段的圆心都出现在喷嘴喉部的下游，此结构使得喷嘴的流出系数较理想形状下喷嘴的流出系数有所增加。考虑流量计算中密度、速度与温度的关系，及温度与边界层厚度的关系，推导了流出系数与边界层厚度间关系的表达式。应用推导得到的关联式，对不同喷嘴入口段边界层对流出系数的影响进行预测，其结果和模拟结果相一致。

基于FLUENT的不同喷嘴轮廓线形对流出系数影响分析

利用Fluent软件对5种内轮廓曲线喷嘴进行了三维流动仿真,采用标准的k-ε两方程湍流模型,计算了管道与喷嘴上的压力值。数值模拟结果表明,当在相同的工作状态下,且流量相同的情况下,喷嘴的曲线形状影响差压值,从而影响喷嘴的流出系数。数值模拟方法能够反映喷嘴内部的复杂流动,为喷嘴的设计和改进提供了理论依据。

孔板流出系数研究

本文针对节流件为标准孔板的差压式流量计的流出系数Ｃ进行分析讨论，从Ｃ的理论公式到Ｃ的实验公式，并结合实验结果发现ＧＢ／Ｔ２６２４－９３中Ｊ·Ｓｔｏｌｚ公式存在偏差，同时又将新Ｊ·Ｓｔｏｌｚ公式和ＮＥＬ（英）＋ＡＰＩ（美）公式与Ｊ·Ｓｔｏｌｚ公式进行了比较得出后者偏差较大的结论，为修改标准时应使用新的Ｃ公式提供了基础。

2mm喉径喷嘴入口段对其流出系数的影响

喷嘴形状是实现并保持通过其流量稳定的关键,通过对设计入口半径为喉部2倍,扩散角为2.5°、4.0°、6.0°,名义喉径为2mm的3个喷嘴的流出系数测量发现：不同扩散角喷嘴的流出系数存在差异,最大差异达1.72%。对扩散角为2.5°喷嘴抛切测量后发现：入口半径略超过了国际标准的规定,且圆度较大。对具有不同入口半径、扩散角,喉径为2mm喷嘴的数值模拟发现：对于具有相同入口半径、不同扩散角的喷嘴,流出系数几乎完全一样;入口半径为喉径2倍时,流出系数最大;对于略超过国际标准规定的R=（1.5～2.5）d范围内喷嘴的模拟计算表明,流出系数间的最大差异仅为0.33%。因此,推断实际喷嘴入口段圆度较大,即入口轮廓与理想轮廓的较大差异,是造成不同喷嘴流出系数间差异的主要原因。

音速喷嘴下游管路内流场数值模拟及对流出系数的影响

通过理论分析和建立数学模型,采用CFD软件,分别对喉径为10 mm和0.96 mm两种音速喷嘴及下游管路内的流场进行了数值模拟;对流出系数的模拟值、经验值和实际值进行了比较,三者的值较为吻合.模拟结果还发现,气体静压在喷嘴出口处波动比较剧烈;临界背压比随着下游管路长度的改变而有所变化;当背压比小于一定数值时,管路内的静压力将出现波动.

超音速喷嘴流出系数仿真分析

为获得超高速涡轮泵中超音速喷嘴流出系数随其入口收敛角、喉部直径等几何结构参数的变化规律,采用ANSYS CFD仿真分析工具,以氦气为工质,给定喷嘴入口总压11 MPa、总温300 K、排气背压0.105 MPa,对3种特定喉径的喷嘴分别在7种入口收敛角度下的流场进行仿真分析,获得其压力场、速度场分布及氦气质量流量,并将其与理论质量流量比较,得出喷嘴流出系数。3种特定的喉径分别为2,5,10 mm,7种入口收敛角分别为30°,45°,60°,90°,120°,150°,180°。结果表明:喷嘴流出系数随入口收敛角的增加而降低,随喉径的增大而增加,在2 mm喉径下流出系数最低为83.9%,在10 mm喉径下流出系数最高为99.1%,对后续设计超高速涡轮泵喷嘴结构形式具有指导作用。

新型孔板流量计的流出系数实验研究

为研究一种新型孔板式差压流量计的流出系数,提高流量计的使用精度。通过实验分析在不同流量下孔板式差压流量计内部场流速和压力的变化趋势;在流量变化范围内选取监测点通过传感器采集流量计内部瞬时流速及压力数据,实验数据表明:在经过流量计节流孔后会出现流速剧增,节流孔出口端压力骤降的现象;通过实验数据与ISO经验公式分别计算流量计的流出系数后,经对比最大误差仅为5%。

超高速涡轮用超音速喷嘴流出系数的试验研究

超音速喷嘴作为重要的能量转换装置,其主要功用是将高压气体的焓降转变为气流的动能,对于特定结构类型喷嘴,当喷嘴前后压力比达到或超过某一临界值时喷嘴的流通能力达到最大值,并被喉部面积所限制,由于气体在喷嘴中流动的复杂性,喷嘴实际的流通能力与理论设计值总有一定的差别,将喷嘴实际通过质量流量与理论质量流量的比值称作喷嘴流出系数,本文通过对某产品中应用的3种结构类型喷嘴进行空气流通试验测量,得出在喉部等效面积相同情况下3种喷嘴流出系数的差别,并为后续设计及分析计算提供试验依据。