什么是節(jié)流變壓降式流量測(cè)量?
節(jié)流變壓降式流量測(cè)量是通過(guò)測(cè)量流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)所產(chǎn)生的靜壓力差來(lái)測(cè)量流量的,它是電廠中使用多的流量測(cè)量方法。
節(jié)流變壓降式流量測(cè)量的原理是,在充滿流體的管道中固定放置一個(gè)流通面積小于管道截面積的阻力件,當(dāng)流體流過(guò)該阻力件時(shí),由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低,其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一定的壓力差。它與流量(流速)的大小有關(guān),流量越大,差壓也越大。實(shí)踐證明,對(duì)于一定形狀和尺寸的阻力件,一定的測(cè)壓位置和前后直管段,在一定的流體參數(shù)情況下,阻力件前后的差壓與體積流量之間有一定的函數(shù)關(guān)系,因此通過(guò)測(cè)量阻力件前后的差壓來(lái)測(cè)量流量。把流體流過(guò)阻力件因流束的收縮而造成壓力變化的過(guò)程稱為節(jié)流過(guò)程,其中的阻力件稱為節(jié)流件。
目前常見(jiàn)的節(jié)流件是標(biāo)準(zhǔn)孔板,在以下的討論中將主要以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例介紹節(jié)流式流量測(cè)量的原理、流量公式的推導(dǎo)等。
圖4-1是流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)的流動(dòng)情況示意圖,從圖中可以看出,流體在節(jié)流件前后的流束、壓力和速度都要發(fā)生變化。
在截面1處流體未受節(jié)流件的影響,流束充滿管道,管道截面為D,平均流速為V1,流體靜壓力為P1,流體密度為ρ1;流體流經(jīng)節(jié)流件前就已經(jīng)開(kāi)始收縮,由于慣性的作用,流束通過(guò)節(jié)流件后還將繼續(xù)收縮,直到在節(jié)流件后的某一距離處達(dá)到小流束截面,即截面2。其截面積為d',流體的平均流速達(dá)到大V2,流束中心壓力為P2,流體密度為ρ2;流體流經(jīng)截面2時(shí)流束又逐漸擴(kuò)大到充滿整個(gè)圓管,流體的速度也恢復(fù)到孔板前穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的速度。截面3是流速剛恢復(fù)正常時(shí)的截面,管道截面為D,平均流速為V3,流體靜壓力為P3,流體密度為ρ3。
圖(b)中的點(diǎn)劃線代表管道中心處?kù)o壓力,實(shí)線代表管壁處?kù)o壓力。分析節(jié)流件前后壓力的變化情況,在節(jié)流件前,流體向中心加速,管壁處?kù)o壓力增加,管道中心處壓力降低;至截面2時(shí),流束截面收縮到小,管壁和中心處?kù)o壓力降至低。然后流束擴(kuò)張,靜壓力升高,直到截面3處。由于渦流區(qū)的存在,導(dǎo)致流體能量損失,因此在流束充分恢復(fù)后,截面3處的靜壓力P3不能恢復(fù)到原先的靜壓力P1,而產(chǎn)生了壓力損失。
設(shè)流經(jīng)水平管道的流體為不可壓縮性流體(),并忽略流動(dòng)阻力損失,對(duì)截面1、2寫(xiě)出下列伯努利方程:
(4-5)
根據(jù)流體的連續(xù)性方程,有
(4-6)
流體流經(jīng)截面2的體積流量為:
(4-7)
聯(lián)立求解式(4-5)~(4-7),可得體積流量:
(4-8)