本文介绍了金属管浮子流量计的性能特点及其流量换算关系
时间:2012-09-07 阅读:1433
金属管浮子流量计用于连续测量封闭管道中液体和气体的体积流量,结构简单、工作可靠、使用维护方便,能适应各种场合,因此广泛地应用于流量测量和工业过程控制中。
流量计由传感器和指示器组成,除就地指示瞬时流量外,还可远传输出4~20mADC电信号,整体采用模块式组合设计,可在现场快速增加上下限开关
、流量累积功能 ,各功能单元板为插装结构,具有更换部件简单、方便、定位准确的特点。
1 为什么要进行流量换算
制造厂家是用水或空气来进行浮子流量计的标定的。由于实际应用时介质的状态和标定时不同,根据测量原理,浮子在测量管中的同一位置所代表的流量值和标定时是不同的,要想正确选择流量计的规格、现场使用好仪表,就要知道它们之间的流量换算关系。
另外浮子流量计行业标准规定其精度是相对于满量程而言的,所以用户使用时,其常用流量应达到满量程的60%~80%以上较为合理,如果用在50%以下则相对误差会增大,精度受影响,如果流量超过满量程更是无法正常测量,因此只有正确进行流量换算才能选出适合的仪表。
2 换算的依据
1.1 金属管浮子流量计的工作原理为金属管浮子流量计的工作原理示意。在垂直的锥形管中,放置一阻力件,即浮子。当流体自下而上穿过锥管时,受到浮子迎流体积阻挡而产生一个压差,从而对浮子形成向上的作用力,同时由于流体本身的黏性,对浮子产生黏性力,当这两个力的合力大于浮子本身的重力时,浮子就会向上升,同时浮子与锥形管问的环形流通面积增大,流速减低,此时浮子对流体阻力作用减小.当浮子受到的力达到平衡时,浮子就会停留在某一高度。传统的金属管浮子流量计设计采用经典浮子流量公式计算,即
(1)
式中:qv为浮子流量计的体积流量;α为流量系数;D0为浮子zui大迎流面的直径;h为浮子在锥管中的垂直位置;φ为锥形管夹角;Vf为浮子体积;ρf为浮子材料密度;ρ为流体密度;Af为浮子垂直于流向的zui大截面面积。
1.2 计算流体力学及其控制方程
计算流体力学(computational fluid
dynamics,CFD)是一门利用计算机求解描述流体流动规律的控制方程组技术,涉及到流体力学、计算方法和计算机图形处理等技术。为了简便,以不可压缩湍流流动为例写出笔者使用的k-ε模型通用形式的流体控制方程。在直角坐标系中,流动可由连续性方程和雷诺时均N-S方程描述,即
连续方程
(2)
雷诺方程
(3)
式中:ui为平均速度;P为平均压力;ν和νt分别为分子黏性系数和涡黏性系数。
对高数湍流,涡黏性系数的计算公式为
νT=Cμk2/ ε
(4)
式中:k、ε分别为湍动能和耗散率
Cμ为无量纲常数。
k和ε由各自的输运方程得到,对高Re数问题有K方程
(5)
ε方程
(6)
式中:Gk为湍动能产生项
Dÿ为平均应变率张量。
笔者的仿真模型建立在已有仿真实验的基础上,并针对以往模型中存在的入口速度剖面为等值面这一不合理设置,给出合理的圆管入口速度剖面;同时按照实际流量计的构造,在流量计的入口与出口处加入导流架,从而提高了仿真结果的准确性。
近年来,我国化工行业中采用离子膜法制碱工艺发展很快,前几年该装置大多为全套进口,包括在线的各种仪表。现在从设备到仪表逐渐国产化,这样既能保证质量,同时可以节约大量外汇。
西北某大型化工厂在建成试生产阶段就发现安装在阴、阳两极管道上的两台浮子流量计工作不正常,指针总在摆动,无法读数;输出电流信号也不稳定,难以实现预期的工艺流程调节与控制目标等,以至影响了正常投产。
经现场观察和分析认为:阴极、阳极两条管道中被测量的介质均为既不均匀、比例又不固定的气、液双相介质;而流量计则是常规型浮子流量计。
浮子流量计的工作原理之一是浮力定律,也就是与被测介质的密度有关,密度不稳定时浮子就会跳动。由于本工况液体伴有不定气体量的情况,产生脉动流,导致了流量计的上述现象。