孔板流量計(jì)直管段長度規(guī)定的發(fā)展歷程

　　隨著科技不斷進(jìn)步，產(chǎn)品不斷更新，熱工儀表也在不斷的更新?lián)Q代。其中節(jié)流裝置的種類更是多到讓用戶眼花繚亂，用戶不知從何處下手選擇節(jié)流裝置的類型。今天西安華恒儀表廠家為廣大用戶帶來了孔板流量計(jì)直管段長度規(guī)定的發(fā)展歷程的文章。

　　概述

　　工藝管道的管配件，‘如彎頭，異徑管，閥門等稱為阻流件，流體流經(jīng)阻流件后會(huì)產(chǎn)生速度分布畸變，旋轉(zhuǎn)流以及非定常流等，這些不正常流動(dòng)使標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流出系數(shù)偏離標(biāo)準(zhǔn)值，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流出系數(shù)是在充分發(fā)展管流，無旋轉(zhuǎn)流以及定常流等的參比工作條件下試驗(yàn)確定的。阻流件干擾是現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)最普遍遇到的影響量，是產(chǎn)生測(cè)量附加誤差的主要原因之一。孑Ｌ板流量計(jì)直管段長度規(guī)定就是針對(duì)阻流件干擾設(shè)定的抑制措施，節(jié)流裝置的發(fā)展歷史記錄了人們對(duì)阻流件干擾抑制的大量試驗(yàn)研究。迄今，國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）總結(jié)了幾十年來國際上對(duì)此課題的解決了此問題的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　美國氣體協(xié)會(huì)（ＡＧＡ）３號(hào)報(bào)告參考文獻(xiàn)記錄了美國流量工作者１９２６年在天然氣輸氣站上對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行過阻流件干擾試驗(yàn)，自此以后人們不問斷地進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，在國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯ５１６７第一版（１９８０）頒布之前，美國和歐洲各國國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)皆把節(jié)流裝置必要的直管段長度規(guī)定作為標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容之一。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＩＳＯ）制訂第一部節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)把各國的成果引入標(biāo)準(zhǔn)，期望直管段長度規(guī)定能在國際上取得一致，意料不到的是，做為國際標(biāo)準(zhǔn)主要起草國之一美國卻對(duì)ＩＳＯ５１６７：１９８０投了反對(duì)票。在ＩＳ０５１６７：１９８０（第一版）前言中寫道：

　　“美國基于技術(shù)上的理由不同意此文件，在本國標(biāo)準(zhǔn)制訂期間，發(fā)現(xiàn)本國際標(biāo)準(zhǔn)與由ＩＳＯ／ＴＣ２８／ＳＣ５制訂的同一主題的文件《輕碳化氫流體的流量》有分岐。已建立ＩＳ０／ＴＣ２８／ＳＣ５－－ＩＳＯ／ＴＣ３０／ＳＣ２聯(lián)絡(luò)組，聯(lián)絡(luò)組旨在消除兩文件之間的差別，聯(lián)絡(luò)組工作完成時(shí)可能導(dǎo)致本國際標(biāo)準(zhǔn)的修訂”。前言中所稱的分岐就是孔板流量計(jì)直管段長度規(guī)定的差別，美國提交ＩＳＯ／ＴＣ２８／ＳＣ５的文件為ＡＧＡＮ０３，文件中直管段長度僅為ＩＳ０５１６７中的一半左右。聯(lián)絡(luò)組工作是促使國際上在２０世紀(jì)８０年代至９０年代對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)研究（ＡＰＩ實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和ＥＥＣ實(shí)驗(yàn)計(jì)劃）的起因之一。正是新一輪的孑Ｌ板流量計(jì)試驗(yàn)研究才奠定了ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）的技術(shù)基礎(chǔ)，亦就消除了美國和歐洲在此問題上的分岐，現(xiàn)在ＩＳ０５１６７與ＡＧＡＮ０３（ＡＮＳＩＶＡＰｌ２５３０）中的直管段長度規(guī)定已基本上

　　１．現(xiàn)場阻流件類型復(fù)雜多變，在實(shí)驗(yàn)室里難以復(fù)制，對(duì)流量計(jì)特性的影響分析困難。

　　產(chǎn)生分岐的一個(gè)原因可能是由于結(jié)構(gòu)上差異引起的，例如ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）把在垂直平面上兩個(gè)或兩個(gè)以上９０。彎頭按兩個(gè)彎頭之間間距不同分為二種：Ｓ５Ｄ和３０ＤＳ５Ｄ，而ＩＳ０５１６７：１９８０卻只歸為一種（相當(dāng)于Ｓ５Ｄ），因而其規(guī)定的長度對(duì)較大間距的就顯得過長了。又如同樣稱為彎頭，其結(jié)構(gòu)形狀及尺寸可能有較大差異（彎頭的幾何參數(shù)有：轉(zhuǎn)角６，相對(duì)曲率半徑ｒ／Ｄ，橫截面相對(duì)扁度％／６０，進(jìn)口面積和出口面積比值Ｅ／瓦等），這些參數(shù)的差異亦會(huì)影響試驗(yàn)的結(jié)果。

　?。玻畬?duì)流出系數(shù)偏差評(píng)定的不確定度不一致。

　?。桑樱埃担保叮放cＡＧＡＮ０３直管段長度規(guī)定相差約為一倍，實(shí)際上ＡＧＡＮ０３的規(guī)定與ＩＳ０５１６７中Ｂ欄（增加０．５％附加不確定度）相近，亦就是說，ＡＧＡＮ０３中的流出系數(shù)不確定度比ＩＳ０５１６７要高些，因而引起長度的差異。

　?。常畵?jù)稱ＩＳ０５１６７直管段長度的表列值是在阻流件上游安裝有很長直管段得到的，即阻流件上游的流動(dòng)已達(dá)到充分發(fā)展管流和無旋轉(zhuǎn)流，不同的研究者，他們遵守這個(gè)條件可能是不一致的。

　　二．發(fā)展歷史

　　孔板流量計(jì)直管段長度規(guī)定的發(fā)展歷史可分為三個(gè)階段：

　?。保玻笆兰o(jì)３０年代～７０年代；

　　２．２０世紀(jì)８０年代一９０年代；３．ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）的頒布。

　?。ㄒ唬玻笆兰o(jì)３０年代一７０年代

　　節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)制訂之前，各國皆已制訂有國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)規(guī)程。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＩＳＯ）還在１９６７年制訂了一份國際建議Ｒ５４１。

　　現(xiàn)摘錄此階段若干有代表性手冊(cè)與國家標(biāo)準(zhǔn)，國際建議的規(guī)定如下。

　?。保绹疲铮猓铮颍锕竟?jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)（ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｏｆＦｌｏｗＭｅｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１９７８）。

　?。玻拢樱欤埃矗玻海保梗叮?/span>

　　英國ＢＳｌ０４２：１９６４孔板流量計(jì)直管段長度規(guī)定如表１所示孔板流量計(jì)直管段長度規(guī)定歷經(jīng)８０余年終于由ＩＳ０５１６７：２００３（Ｅ）獲得統(tǒng)一，其特點(diǎn)可列舉若干如下。

　?。保F(xiàn)場常見的典型阻流件結(jié)構(gòu)類型增多與細(xì)化新標(biāo)準(zhǔn)與舊標(biāo)準(zhǔn)比較新增結(jié)構(gòu)類型４種，同一類型結(jié)構(gòu)細(xì)化了，如在同一平面上與在垂直平面上依據(jù)兩個(gè)彎頭之間間距的不同分為二種，并且指定為Ｓ形狀（另一種為Ｕ形狀）。

　　溫度計(jì)套管只允許使用０．０３Ｄ，取消０．０３Ｄ～０．１３Ｄ一檔。與舊標(biāo)準(zhǔn)比較在垂直平面上的規(guī)定更合理了。

　?。玻扑]使用流動(dòng)調(diào)整器

　　舊標(biāo)準(zhǔn)只列舉流動(dòng)調(diào)整器的若干型式，如何使用基本未涉及。新標(biāo)準(zhǔn)不但包括舊標(biāo)準(zhǔn)的全部型式，還增加近年出現(xiàn)的一些型式，標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定流動(dòng)調(diào)整器的使用方法（見表４）。

　　流動(dòng)調(diào)整器置于阻流件與節(jié)流件之間，其間距應(yīng)符合規(guī)定，使用時(shí)若不遵守規(guī)定，反而可能成為干擾源，這點(diǎn)要特別注意。

　　新標(biāo)準(zhǔn)增加流動(dòng)調(diào)整器合格性測(cè)試的內(nèi)容其意義甚為深遠(yuǎn)。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只要通過合格性測(cè)試，任何類型流動(dòng)調(diào)整器皆可投用，這是給新型流動(dòng)調(diào)整器的開發(fā)提供一把鑰匙，對(duì)流動(dòng)調(diào)整器的發(fā)展將產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。現(xiàn)在許多新型流量計(jì)（如渦輪，渦街，超聲等）把流動(dòng)調(diào)整器與檢測(cè)件組合制成一體，成為產(chǎn)品的一部分，它對(duì)消除推理式流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的不確定性是一種解決方法。

　　流動(dòng)調(diào)整器是一把雙刃劍，它可使現(xiàn)場阻流件干擾消除，縮短必要的直管段長度，使流量計(jì)的準(zhǔn)確度的可信度提高，但是其負(fù)面影響增加壓損，易產(chǎn)生臟污堵塞等常為用戶所詬病，如何處理此矛盾今后仍需進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究予以克服。

　?。常枇骷?lián)使用應(yīng)遵守的規(guī)則

　　在現(xiàn)場各類阻流件串聯(lián)使用是一個(gè)普遍的問題，如何界定影響節(jié)流裝置的阻流件是煩人的問題，例如在需要較長直管段長度的阻流件之間插入一種必要直管段長度較短的阻流件，如何估算需要的長度呢？新標(biāo)準(zhǔn)在這方面有比較明確的規(guī)定，并且舉實(shí)例說明。
 

　　三．發(fā)展趨勢(shì)

　?。保F(xiàn)場阻流件類型遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)中列舉的，考慮到阻流件組合使用，可以說變化是無限的，過去采取實(shí)流試驗(yàn)來確定必要的直管段長度，不但耗費(fèi)巨大的人力物力，冗長的時(shí)間亦等待不起。大量的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置急需確定必要的直管段長度的規(guī)定，再用老辦法顯然遠(yuǎn)水不解近渴。

　　慶幸的是近年采用的ＣＦＤ技術(shù)（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）為解決此問題找到一條捷徑。

　　計(jì)算流體力學(xué)（ＣＦＤ）是近代流體力學(xué)，數(shù)值數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它應(yīng)用離散化的數(shù)值方法，對(duì)流體力學(xué)的各類問題進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)模擬和分析研究，它在一定程度上可以代替耗資巨大的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是獨(dú)立于理論與實(shí)驗(yàn)之外的一種科研活動(dòng)。

　　近年國際流量學(xué)術(shù)會(huì)議此類論文數(shù)

　　采取加長直管段長度以抑制阻流件干擾是一種被動(dòng)的解決方法，且不說長的直管段普遍辦不到，是否真正達(dá)到規(guī)范化的流場仍存在許多不確定性因素，因?yàn)橛绊懰俣确植己托D(zhuǎn)流等還與許多其它因素有關(guān)，例如管內(nèi)壁的粗糙度，阻流件結(jié)構(gòu)參數(shù)以及雷諾數(shù)等，采用流動(dòng)調(diào)整器達(dá)到規(guī)范化的流場，儀表特性的不確定性亦就消除了，檢測(cè)件測(cè)量準(zhǔn)確度的可信度就置于牢固的技術(shù)基礎(chǔ)上。

　　流動(dòng)調(diào)整器負(fù)面影響的克服將伴隨著此類器件開發(fā)的全過程，不能希望找到一勞永逸的辦法，但是總可以找到利弊的平衡點(diǎn)。

　　相信通過以上孔板流量計(jì)直管段長度規(guī)定的發(fā)展歷程的全部容，能夠使大家有一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)選擇合適的孔板流量計(jì)有所幫助。如有疑問，可以隨時(shí)聯(lián)系我們。