作业二：音速喷嘴标准装置设计

音速喷嘴工艺设计计算
• 音速喷嘴数量确定：
– 管径范围： DN25、40、50、80、100、150、 200、250、DN300九种 – 流量范围：qmin= 25kg/h， qmax= 19000kg/h – 第2、第3直至第n个喷嘴的流量，分别使其为2 qmin ，4 qmin ， 8qmin， … 2n-1qmin ，n是喷嘴个 数。 – n个喷嘴的流量之和应是最大流量。
2016/10/12 10
喷嘴喉部直径初步确定
d1 0.02782 (20 / 3600) d 3 0.02782 (80 / 3600)
1 2 2
2.07mm 2.93mm 4.15mm
d 2 0.02782 (40 / 3600)
1
1
2 1
d 4 0.02782 (160 / 3600) 2 5.86mm d 5 0.02782 (320 / 3600) d 6 0.02782 (640 / 3600)
1 1 2 2 1
8.29mm 11.73mm
d 7 0.02782 (1280 / 3600) 2 16.59mm d 8 0.02782 (2560 / 3600) d 9 0.02782 (5120 / 3600)
2016/10/12
1 1 2 2
23.46mm 33.18mm
2016/10/12 5
音速喷嘴数量确定
• 上述可知，音速喷嘴流量系列是一等比级数，公比 为2， n项流量之和等于最大流量qmax 。所以：
qmin 2qmin 2 qmin (2 1) qmax
n
n 1
qmin qmax
n
qmax ，2 1 qmin
2016/10/12
音速喷嘴标准装置设计依据
• 设计依据：
– ISO9300：2005 Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzle – JJG620-1994 临界流流量计 – JJG643-2003 标准表法流量标准装置 – JJG619-2005 pVTt 法气体流量标准装置
0.0736q
1 2 m
2016/10/12
17
2016/10/12
18.55mm 26.22mm 37.09mm
2
1 1
d10 0.02782 (12800 / 3600)
52.45mm
9
喷嘴喉部直径初步确定
• 上述结果不是唯一的，完全可以有另外 的计算来覆盖技术指标中的流量范围。 • 如令qmin＝20kg/h，则流量系列为20，40， 80，160，320，640，1280，2560，5120， 10240这样10个数据。一样可以覆盖到 19000kg/h的最大流量。 • 计算得到10个喷嘴的喉部直径为：
3
2016/10/12
标准流量计组合条件
• 最小标准流量计的最小流量不大于被检流量 计的最小流量；
• 所用标准流量计的上限流量之和不小于被检 流量计的最大流量； • 被检流量计的任一流量都可以用单台或多台 组合的标准流量计得到； • 满足上述3条件，设置的标准流量计数最少。
2016/10/12 4
2016/10/12
1 2 m
8
喷嘴喉部直径初步确定
d1 0.02782 (25 / 3600) d 2 0.02782 (50 / 3600)
1 2 2 1
2.32mm 3.28mm
2 2
1
d 3 0.02782 (100 / 3600)
4.64mm 6.56mm 9.27mm 13.11mm
2 2 2 1
d 4 0.02782 (200 / 3600) d 5 0.02782 (400 / 3600) d 6 0.02782 (800 / 3600)
1 1 1
2 2 1
d 7 0.02782 (1600 / 3600) d 8 0.02782 (3200 / 3600) d 9 0.02782 (6400 / 3600)
2016/10/12
12
问题：
• 如果想要使音速喷嘴流量标准装置的流 量分辨力为1kg/h，上限流量还是19000 kg/h，则需要多少喷嘴，它们的喉部直径 应该如何设计？
2016/10/12
13
解：
qmax ＝19000 /1 19000 qmin ln(19000 1) n 14.2 15 ln 2
2016/10/12
14
• 令qmin＝1kg/h，则流量系列为1，2，4， 8，16，32，64，128，256，512，1024， 2048，4096，8192，16382这样15个系 列数据。 • 将这些流量值待入计算喉部直径的公式， 就可得到15个喷嘴的喉部直径。
2016/10/12
15
注意事项：
• 上述计算是正压法音速喷嘴装置的数据， p0有0.7MPa，流通能力较强； • 如果是负压法，则流通能力没有这么大， 要达到该设计流量，要用更多的喷嘴并 联才能完成。
2016/10/12
16
负压法装置流通能力
P0 2 P0 qm AC ＝ d C RT0 4 RT0
1 1 4qm RT0 1 4 287.1 293 2 2 2 d [ ] ＝[ ] qm 5 C P0 0.99566 0.68473 1 10
2016/10/12
2
设计技术指标(大作业)
• • • • • • • • • • 试验管道公称直径： DN＝25-300mm 流量范围： qm＝1-10000kg/h 滞止压力（绝对）： p＝0.1MPa 滞止温度：293K（干燥空气） 装置准确度± 0.5％ 负压法 流出系数C的不确定度 0.1% 采用温度、压力变送器测P0，T0 d的测量不确定度 0.05% 选型：对温度和压力变送器进行选型，确定量程及精度
1 2
d10 0.02782 (10240 / 3600)
46.92mm
11
流量分辨力
• 上述计算的一套喷嘴系统，流量的分辨 力是最小流量qmin，可以调节到任一最小 流量qmin的倍数。 • 为了提高标准装置的流量分辨力，最小 流量qmin应尽可能小。为了达到这一目的， 喷嘴数量就会增加。
qmax ln( 1) qmin n ln 2
6
音速喷嘴数量确定
qmax ＝19000 / 25 760 qmin ln(760 1) n 9.57 10 ln 2
2016/10/12 7
喷嘴ຫໍສະໝຸດ Baidu部直径确定
P0 qm AC RT0
2 K 1
K 1 2( K 1)
K＝0.68473
P0 2 P0 qm AC ＝ d C RT0 4 RT0
1 1 4qm RT0 1 4 287.1 293 2 2 d [ ]2 ＝[ ] qm 5 CP0 0.99566 0.68473 7 10
0.02782q