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孔板流量计选型计算的详细公式及程序开发过程

作者: 来源: 发布时间:2022-03-05 10:11:03

 摘要:以差压流量计的选型计算为研究对象,主要针对孔板流量计进行研究并解读了相关的国家标准,运用VC++软件作为程序开发的工具,以实际工程为例,探索了孔板流量计的孔板直径、直径比等标准计算方法与软件计算方法。本文解决了在设计项目中,用于孔板流量计采办的文件如数据表和孔板流量计计算书等,需要对孔板的规格和尺寸进行初步计算,确定孔板的孔径、直径比等参数的问题。将繁琐的计算变得方便可行,计算程序简练,节省人工时间,且结果较为精确,方便需要采取专用的计算软件数据表中的工艺参数等进行校核检验,完成了一套孔板流量计的选型计算的程序开发。

 
差压流量计是一种测定流量的仪器。它是利用流体流经节流装置时所产生的压力差与流量之间存在的一定关系的原理,流量的测定通过测量压差来实现。在石油、化工、供热、供水、冶金、电力等领域的测量和过程控制都有广泛的应用。流
量仪表的两个功用,在过程自动化仪表与装置中分别是:测量物料数量的总量表和过程自动化控制系统的检测仪表。节流
装置zui常用的有孔板、喷嘴和文丘里管,它是在管道中安装的一个局部收缩的元件。本文将主要介绍孔板流量计的选型计算与程序开发。孔板流量计可测量气体、液体、蒸汽及天然气的流量。孔板流量计被广泛应用于煤炭、化工、建筑、交通、医药、农业、轻纺、食品、环境保护及人类生活的各个所需领域,是发展工业及农业生产,能源节约,产品质量改进,经济效益提升和管理水平提升的重要工具,在国民经济中占有十分显著的地位。
 
孔板流量计流装置的结构比较简单,性能可靠稳定,并且十分牢固,价格较低,使用寿命长,在工业中经常用到孔板流量
计,并能经过严格的校验检测,整个加工过程均采用国际标准。孔板流量计由于流速增加可以使静压力变低,压差即在节流件前后便产生了压力降,在节流件前后产生的压差由于介质流动的流量增大而增大,因此,通过测量压差来衡量流体流量的大小孔板流量计是可以达到的。这种测量方法是根据流动连续性定律和能量守恒守恒定律为基准确定的。
 
孔板流量计的节流件前后产生的静压力差,该压力差与流量存在着一定的函数关系,流量越大,压力差相应越大。差压信号传送给差压变送器,转换成4~20mA.DC模拟信号输出,远转给流量计算仪,实现流体流量的计量。质量型流量计,经过智能型差压变送器,自动补偿工况温/压后,实现对流体质量流量的测量。
 
在设计项目中如数据表和孔板流量计算书等文件用于孔板流量计的采办,需要对孔板的规格和尺寸进行初步计算,确定孔板的孔径、直径比等参数。其计算过程较为复杂,通过人工计算费时费力,且难以得到精确的结果,需要采取专用的计算软件。基于如上考虑,本文解读了GB/T2624.2—2006对孔板流量计进行计算选型的方法,并通过VC++语言进行编程,完成了一套孔板流量计的选型计算的程序开发,取得了令人满意的结果。
 
1孔板流量计的计算方法
1.1孔板流量计原理
流体流经节流元件时压力和流速变化情况
如图1所示流体流经节流元件时的压力、速度变化情况。从图中可见,沿水平管靠近流动到节流元件前的截面1处的流体,流束开始收缩,靠近管壁处的流体将向管道中心加速,而管道中心处流体的压力开始下降。由于惯性作用,流束的zui小截
面位置不在节流元件处由于流体流过节流元件后流束继续收缩的原因,而在节流元件后的截面2处(此位置随流量大小而变),此处流体平均流速U2zui大,压力p2zui低。截面2后,流束逐渐扩大。在截面3处,流体速度U3恢复到节流前的速度U1(U3=U1),流束又充满管道。压力p3不能恢复到原来的数值p1,由于流体流经节流元件时会产生漩涡以及盐城的摩擦阻力等会造成能量损失的原因,p1与p3的差值δp=p1-p3称为流体流经节流元件的压力损失。
 
1.2节流装置设计计算分类
孔板流量计的设计与制造主要参照以下标准:ISO5167T2624用安装在工程项目设计中,需要根据孔板流量计所安装的管道等级,以及工艺专业提供的不同工况下的流量,对孔板流量计进行选型,同时计算孔板的孔径以及Beta系数。
 
1.3孔板流量计孔径计算方法
一次装置安装在充满流体的管线中确立为测量原理,装入一次装置后装置的上游侧与喉部或下游侧之间产生一个静压差。假设该装置与经过校准的一个装置几何相似且使用条件相同,据该压差的实测值和流动流体的特性以及装置的使用环境,从而确定流量。
 
1.3.1流量计算
GB/T2624里规定的不确定度限值,质量流量差压的关系符合,因此流量公式可用以下公式确定。
流量公式
式中:qm———质量流量,kg/s;qV———体积流量,m3/s;C———流出系数;ε———可膨胀系数;β———直径比,β=d/D;d———节流件开孔直径,m;D———管道内径,m;ρ1———被测流体密度,kg/m3;△p———压差,Pa。
 
1.3.2节流装置开孔直径d和管道内径D计算式
d=d20[1+λd(t-20)](3)
D=D20[1+λd(t-20)](4)
 
式中:d20———20℃下节流元件开孔直径;D20———20℃下管道内径;
λd———节流材料膨胀系数;λD———管道材料膨胀系数。
 
1.3.3流出系数计算式
C为不可压缩流体确定的表示通过装置的实际流量与理论流量之间关系的系数,对于给定安装条件下的给定一次装置,流出系数仅与雷诺数有关。由下式表示:
流出系数仅与雷诺数的关系式
1.3.4可膨胀系数计算式
孔板可膨胀系数ε计算式
孔板可膨胀系数 ε 计算式
可膨胀系数ε取决于雷诺数值,也取决于气体的压力比和等熵指数值。
 
表示这些变化的方法是以膨胀性(膨胀)系数乘一次装置的流出系数C。流出系数利用雷诺数值相同的液体直接校准后确定。
 
当流体不可压缩时(液体),ε等于1,当流体可压缩时(气体),ε小于1。
 
事实表明ε实际上与雷诺数无关。对于给定一次装置的给定直径比,ε只取决于压力比和等熵指数,因此本法是可行的。当直接计算法不能解题时,需要采用迭代计算法。
 
以孔板为例,始终需要迭代计算法来计算。原则是把基本流量方程中所有一致的值重新组合在一个项内,而将未知的值组合在一项内。把已知数组合在方程的一边,将未知数放在方程的另一边。
20220305101939.jpg20220305102115.jpg
接下来的步骤是:(1)计算β0:根据已知条件qm、qv、D、△p、ρ1等,计算出A2,令ε=1,C取某一固定值C0,则式为:
计算 β0
(2)计算β1:由β0、k、△代入ε公式计算ε0;由β0、ReD、D代入C公式计算C0;由C0、ε0、A2代入β公式计算β0。
(3)计算β2:由β1、k、△代入ε公式计算ε1;由β0、ReD、D代入C公式计算C1;由C1、ε1、A2代入β公式计算β2。若满足βn-βn-1<E(一般E=0.0001),迭代可停止,通常进行2~3次迭代即可。
 
2、孔板流量计计算程序开发
利用VC++语言将上述标准中的计算公式进行编程,开发出一套孔板流量计关键参数计算工具。通过计算工具得出孔板流量计中孔径和直径比等数值的计算结果,并与实际项目中的计算值进行对比,以验证计算工具的准确性。
 
2.1计算流程
打开软件,输入孔板流量计相关已知条件,黄色框内为必填数据(管道膨胀系数、孔板膨胀系数、管道内径、正常流量工况流量、zui大流量工况流量、密度、操作黏度、zui大差压等重要工艺参数)。程序计算出操作工况下管道内径,根据zui大差压值计算出正常流量工况下的对应的差压值。根据迭代计算法原把基本流量方程中所有一致的值重新组合在一个项内,而将未知的值组合在一项内,计算出A2。根据流量计算式确定直径比公式,进行迭代计算。直至直径比之差小于0.0001,根据直径比计算孔径以及其他参数,否则继续进行迭代计算。
 
2.2程序界面
根据某项目孔板板流量计数据表,输入孔板流量计相关已知条件,黄色框内为必填数据:管道膨胀系数、孔板膨胀系数、管道内径、正常流量工况流量、zui大流量工况流量、密度、操作黏度、zui大差压。程序界面如图2。
孔板流量计关键参数计算结果
2.3计算结果输出及结果对比分析
点击计算,得到直径比、流量系数、膨胀系数、计算孔径等数值的计算结果。输出结果报告,将计算工具的计算结果与手动计算值进行对比,结果如表1所示。
程序计算与项目实际结果对比
计算工具输出结果与手动计算值基本接近,说明计算工具准确性较高。此程序可以得到应用。
 
4结论
 
本文运用国家标准计算方法,以解决设计项目中孔板流量计选型与计算完成数据表、计算书的编制工作为目标,以实际项目为研究对象,解读了GB/T2624.2—2006对孔板流量计进行计算选型的方法,并通过VC++语言进行编程,完成了一套孔板流量计的选型计算的程序开发,分析程序结果与实际项目中孔板流量计数据表的结果一致性高,准确度高。证明此程序的编制至实现且功能可靠。较准确完成了孔板的规格和尺寸进行初步计算,确定孔板的孔径、直径比等参数的问题。将繁琐的计算变得方便可行,计算程序简练,节省人工时间,且结果较为精确,方便需要采取专用的计算软件数据表中的工艺参数等进行校核检验,为气电集团技术研发中心节约了成本。但在运用程序开发得出软件计算孔板流量计选型的结果与实际项目中的孔板流量计选型结果对比,存在一定偏差。下一步将针对程序结果的精确性,对编程进行进一步修订。另外,为提高程序的功能性,不仅可实现液体介质下孔板流量计选型结果,还将优化程序,实现气体介质下的孔板流量计的选型计算。

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