分析了噴嘴流量計測量工況蒸汽流量時，在其直管段長度不能滿足標準規定的情況下，利用標定試驗和流場計算得出應用系統初步結論的過程。

1、概述

　　由于噴嘴流量計具有耐高溫高壓、耐沖擊、使用壽命長等特點，在工業上仍然廣泛采用噴嘴流量計進行蒸汽流量測量。在實際使用過程中，很多情況下直管段長度難以滿足標準要求，這給測量準確度帶來較大影響。目前國內尚無公開文獻資料對該情況提供準確測量數據，本文針對噴嘴流量計前直管段6D 開展了相關試驗和計算，取得了初步的成果。

2、測量分析

　　流量測量系統采用ISA 1932 噴嘴流量計，管道尺寸為Ф219mm × 7mm，節流裝置直徑比β 為0.678 773。實際使用時在噴嘴流量計前設有三通和蝶閥，系統連接如圖1 所示。

　　(1) 流量測量

　　根據GB /T 2624 - 2006 要求，用噴嘴流量計測量充滿圓管的流體流量時，噴嘴流量計安裝在直管段的要求見表1。

　　當噴嘴流量計按照GB /T 2624 - 2006 的直管段要求使用時，測量精度完全能夠滿足設計要求，并且有充分的試驗數據和標準保證。但當噴嘴流量計的直管段長度不能滿足GB /T 2624 - 2006 規定的要求時，目前在流量測量領域還沒有試驗數據和相關標準可以參考，只能根據具體的安裝情況進行試驗和仿真計算。

表1 噴嘴流量計所要求的最小直管段長度

1. 水流量標準裝置2、4. G219 × 7 3. 節流裝置5. 差壓變送器6. 三通7. 蝶閥

圖1 噴嘴流量計測量系統

　　由于標定條件的限制，噴嘴流量計的標定一般采用水流量標準裝置進行，這是因為噴嘴的流出系數C 只與雷諾數有關，實測流出系數與理論流出系數的誤差大小直接反映噴嘴在實際工況時的測量精度。因此，只要雷諾數相同，不管用什么流體對節流裝置進行標定，標定結果都是相同的，這也是采用水流量標準裝置對蒸汽流量測量節流裝置進行標定的理論基礎。

　　式中C———噴嘴流出系數；β———節流裝置的直徑比( d /D)；ReD———雷諾數；D———管道內徑；v———管道中流體的平均軸向速度；υ———流體的運動粘度

　　對于同樣的質量流量，蒸汽對應的雷諾數較水對應的雷諾數要大得多，因此水流量標準裝置無法完成蒸汽流量測量節流裝置在全量程范圍內的標定，而只對其低量程段進行標定，標定結果在高量程段適用。

　　(2) 標定試驗

　　為了分析噴嘴在實際安裝條件下的測量精確度，對噴嘴進行了流量標定試驗，利用水流量標準裝置在最大范圍內對噴嘴的測量精度進行了標定，并得到了不同直管段長度下噴嘴的測量精度。標定試驗在上海儀器儀表自控系統檢驗測試所，根據JJG640 - 1994 要求，利用水流量標準裝置對噴嘴進行了流量標定試驗。根據現場實際情況，將流量標定點設置為500m3 /h、460m3 /h、420m3 /h 和380m3 /h，試驗數據見表2。

表2 直管段1.2m 流出系數誤差及重復性誤差

　　(3) 流場計算

　　對于水流量標準裝置無法標定的工況，通過建立數字化模型對管道內蒸汽流動的動量修正系數進行計算，分析高、低工況時蒸汽流場的分布，推導低工況時標定試驗所取得的測量精度在高工況時的有效性。蒸汽管道內的流場計算采用流體力學分析計算軟件Fluent。根據圖2 所示的蒸汽隔艙閥和噴嘴安裝情況，建立了基于realizable k - epsilon 紊流模型對內置雙蝶閥管道內部蒸汽流動進行定常數值模擬。

1. 噴嘴2. 三通3. 蝶閥

圖2 流場計算數學模型

　　流場計算時管道內徑為205mm( Ф219 × 7) 、蒸汽壓力為2. 1MPa( 表壓) 的飽和蒸汽。流場計算完成了蒸汽流量分別為10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h時，直管段長度為1. 2m 的蒸汽流場分布計算和流體動量修正系數計算。

　　蒸汽流量分別為10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h時，直管段1. 2m 處蒸汽流場分布如圖3 所示。

(a) 流量為10t /h (b) 流量為24. 9t /h(c) 流量為58t /h (d) 流量為83t /h

圖3 直管段1 200mm 處蒸汽管道內速度場分布

　　由圖3 可見，同一橫截面處，管道內蒸汽流量處于不同工況時，其流體流態基本一致，真空技術網(http://smsksx.com/)認為即蝶閥對流體流態的影響與流量大小基本無關。流體在管道中速度分布的均勻程度可用動量修正系數α 衡量。一般而言，對于圓管紊流其動量修正系數α 為1. 005～ 1. 05 之間，α 越小則斷面速度分布越均勻，流體流場越穩定。

　　式中A———管道截面積；u———流向速度；U———截面質量平均速度

　　蒸汽流量分別為10t /h、24. 9t /h、58t /h 及83t /h時，1. 2m 處的動量修正系數如表3。

表3 動量修正系數計算結果

　　從表3 可見，10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h 工況下各斷面的動量修正系數均小于1. 016，處于圓管紊流( 動量修正系數α 為1. 005 ～ 1. 05 之間) 的狀態。隨著前直管段長度的增加，管道內的動量修正系數逐漸減小，蒸汽的速度不均勻度逐漸減小，流態越來越穩定。

3、結語

　　結合標定試驗和流場計算結果可見，在低工況下進行標定試驗得出的流出系數誤差，在高工況時同樣適用。高工況下噴嘴流出系數誤差應與低工況基本一致，即低工況下的流量標定結果適用于全量程段。