绘制涡轮流量计与旋涡流量计的流量系数图表的

  涡轮流量计与旋涡流量计的流量系数随被测流体的物理性质变化而变化。基于这个原因,在流量计投入使用之前,应测取实际的流量系数。本文根据相似理论推导出涡轮流量计与旋涡流量计的流量系数表达式,其结论是:流量系数仅是雷诺数的函数。据此可绘制出流量系数图(表)。如果此结论被采用,使用流量计时,就不必测量实际的流量系数,而是直接从流量系数图上查出流量系数。这样,可保证有较好的测量度。

1、涡轮流量计流量系数分析：
1.1、提出问题：
   涡轮流量计的原理结构如图(1)所示。在管道中安装一个涡轮，两端由轴承支撑着。当流体流过管道时，流体冲击涡轮使其旋转。实践表明，涡轮转速n与流体的体积流量Q沂似成正比。用涡扮 i量计测量不可压缩流休时。常用的流量公式为:

常用的流量公式为

    式中:v:流过流量计的累积流量m3:流过的体积流量[m3/h ];N:测出的总电脉冲数;n:单位时间的电脉冲数;tS:流量换算系数或流量系数。
    根据文献知:流量系数言随被测流体的密度及粘度变化而变化。它们之间的关系没有明确结论。因此，仪表制造厂一用水在标准设备上标定出流量系数。使用时，被测介质的粘度、重度与水不同，还需在使用条件下重新标定流量系数S值，以便地由N(n)算出流量h(Q)o测取睿值是一项技术性强并需要标准设备的繁重工作。为了在免去这项工作的条件下得到应使用的亡值，本文用相似论推导了s值的数学表达式(图表)。利用这个图表可容易地查到省值。

1.2、用相似论分析涡轮流量计的流量系数：
    根据相似论定理可知:假定两个粘性不可压缩流体的流动系统保持单值条件相似，且描述此二系统流体运动的连续性方程及运动方程一致，由方程可导出二系统相同的相似准数。涡轮流量计在标准设备上测取v值与使用它测另外介质的流量是二个流动系统，其安装方式相同，能保证单值条件相似。所谓单值条件相似，系指几何条件相似、介质流人流出仪表的流束相似、流体的物理参数(粘度、重度等)在二系统的对应点上保持相似、起始条件相似。对于我们所说的二系统，仪表结构不变，安装条件不变二系统的几何条件是相同的，完全满足相似要求。由于是不可压缩粘性流体，流动具有稳定性。几何条件相似就保证了流束分布相似。在标定和工作的二种情况下，介质温度、压力是稳定的，压办差变化不大，流体物理参数自然几乎稳定不变。这就保证了物理参数在对应点上相似。仪器处于稳定流动下工作，不存在起始条件相似问题。描述二系统流体运动的连续性方程及运动方程可用统一的方程(3)(4)表示。

    此二方程表征了粘性不可压缩流体稳定等改流动的各种量之间的依赖关系，既可描述海洋中的流动，也可描述一般设备中流体的运动。所以，它可描述流量计在标定和现场工作中的流动情况，也就是说，描述仪器标定和实际工作的方程是一致的。    在满足相似论定理要求条件后，根据文献[[4]提供的积分类比法，利用方程(3)(4)很容易推导出如下三个独立的无因次数，即Re. Eu. Fr，称其为相似准数。

  式中:l为系统中对应的某一几何长度，标有(’)(“)分别表示标定时的流动系统和实际工作的流动系统。1可取为流量计入口直径;，取为流体流入涡轮的线速度;尸为流体在仪器入口处压力;DP取为流体通过仪器产生的压力降。
  仪器仅工作于强迫流动，重力影响可不考虑，因而F;可不必考虑，余下的独立的相似准数仅为Re和Eu，分别称为雷诺淮数和尤拉准数。
  由相似论第三定理可知:描述某物理现象的独立相似准数构成的函数式等于零。目p:

    入为流体与涡轮叶片之间的摩擦系数，显然只是与E“相同的一个相似准数，如果使用兄分析问题，就不必用E“了。根据文献涡轮流量计的工作原理可用图(2)表示。

图2

  式(14)表示涡轮流量计的流量系数仅是雷诺数R。函数。可以想象能够利用水作介质在标准设备上作出图(3)所示的关系曲线，图中di表示流量计的口径，是几何相似条件的一部分。有些文献只考虑亡随料变化而变化，并给出随料变化的修正值。这种观点未必严格。合理的讲法应是:流量系数亡仅是雷诺数的函数，雷诺数可取仪表人口处的直径和流速计算出。
1.3、流量系数表达式α = f10(Re)及图(3)的应用价值：
    (1)仪器出厂前用水标定出的着值与R。的关系曲线(图3)可适用于其它被测介质情况。由相似第二定理可知:两个单值条件相似的不可压缩粘性流体的流动系统，只要其独立的相似谁数相等，则两系统相似。仪器出厂前在标准设备上用水标定亡值时与实际使用它测其他介质时的单值条件是相似的，又由式(8)知，只存在一个独立的相似准数(Re或Eu)，所以只要两种情况的R。相等，则此二系统流动相似，则反映流动的参数亡=nlQ必相等。由式(14)也得出相同的结论，即在某一R。值下用水在标准设备上测得的亡值必等于相同的R。值情况下测其它介质时的亡值。所以，使用流量计时，可根据被测介质的测量范围、粘度密度算出R。值，直接从厂家提供的着一不o(Re)曲线(图3)查出亡值，不必再标定亡值了。
    (2)应用着一不o(Re)曲线(图3)可和理的选取仪表的口径。在图(3)中给出了各种仪表的流量系数与Re的关系曲线。用户可根据介质的P, N及测量范围，计算出Re值范围。根据图(3)选取口径合适的仪表。选仪表口径时，尽可能保证在测量范围内亡值变化较小。具体应用方法类似于节流式流量计查找流量系数:及确定孔径比的情况，这里不再赘述。
    (3)应用关系式亡一人f(Re)求取亡值可保证仪表有较高的测量精度，因为现有文献仅考虑了P值对着的影响，给出了修正系数。根据本文分析及文献【1]的结论可知:还必须考虑P值及流量变化的影响(即R。值影响)。这些因素全面考虑后对着值进行修正自然可提高测量精度。至于如何根据这些因素修正亡值，在计算机广泛应用的今天，制造厂家会容易找出方法的。例如国外有些浮子流量计就附有在这些因素影响下刻度修正的图表。从另一角度看，免于再标定亡值本身就保证了仪表的使用精度，因为使用单位往往无条件标定亡值。

2、旋涡流量计流量系数分析：
2.1、提出问题：
  利用卡尔曼涡街现象测量流量的基本原理可借助于图(4)说明。在流体前进的路径上，放置一个非流线型测量头，会在测量头后面产生一个有规则的振荡运动，即测量头两侧交替的形成旋涡。随着流体运动，在测量头下游形成两列非对称涡列。图中I表示相邻旋涡的距离，h表示两列旋涡的距离，一般文献[5][3]给出如下流量计算公式:

图4.卡尔曼漩涡

2.3、旋涡流量计的流量系数表达式S。f2 (Re)的应用价值    这部分内容基本上同涡流流量计，不再重复。    结论:通过分析可知:两种流量计的流量系数均仅为雷诺数的函数，只要用水在标准设备上标定出仪表的流量系数与雷诺数的关系曲线(或表格)，侧量其它介质流量时，就可在此曲线上查出需要的流量系数。这样，用户不必在使用前再测取流量系数，同时，用户可根据此曲线选取合适口径的仪表。对于气体测量问题，在坟度稳定的实际过程中，流过流量计的差压一般不大，引用式(3)(4)不会引起明显误差【3]。把可压缩气体当作不可压缩气体处理也是可以的。文章内容适于气体测量。

  相似理论在传热学、流体力学上早已是实验研究的理论基础，根据此理论分析问题是科学的、可信的。由于条件限制，作者仅从理论上给予论证，抛砖引玉，更深入具体的实验研究工作还需要仪器制造单位进行。