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1、孔流系数与流量计算公式调节阀的流量系数Kv,是调节阀的重要参数它反映调节阀通过流体的能力也就 是调节阀的容量。根据调节阀流量系数Kv的计算就可以确定选择调节阀的口径。 为了正确选择调节阀的口径必须正确计算出调节阀的额定流量系数Kv值。调节阀 额定流量系数Kv的定义是在规定条件下即阀的两端压差为10Pa,流体的密度为 lg/cm额定行程时流经调节阀以m/h或t/h的流量数。1. 般液体的Kv值计算a.非阻塞流判别式 Pv FL P1FFPV计算公式Kv=10QL式中FL压力恢复系数见附表FF流体临界压力比系数FF=0.960.28P V-阀入口温度下介质的饱和蒸汽压绝对压力,kP aPC流体热力
2、学临界压力绝对压力kPaQL液体流量m/hp液体密度g/cmP1阀前压力绝对压力kPaP2阀后压力绝对压力kPab.阻塞流判别式 P斗L P1FFPV计算公式 Kv=10QL式中各字符含义及单位同前2. 气体的Kv值计算a.般气体当 P20.5P1 时当 P2O.5P1 时式中Qg标准状态下气体流量Nm/hPm- P1+P2 /2 P1、P2 为绝对压力 kPa P=P1P2G气体比重空气G = 1 t气体温度Cb.高压气体PN10 MPa当 P20.5P1 时当 P2O.5P1 时式中Z-气体压缩系数可查GB/T 2624-81流量测量节流装置的设计安装和 使用3. 低雷诺数修正高粘度液体K
3、V值的计算液体粘度过高或流速过低时 由于雷诺数下降改变了流经调节阀流体的流动状 态在Re vv2300时流体处于低速层流这样按原来公式计算出的KV值误差较大必 须进行修正。此时计算公式应为式中一粘度修正系数由Re v查F RRe v曲线求得Q L液体流量m/h 对于单座阀、套筒阀、角阀等只有一个流路的阀对于双座阀、蝶阀等具有二个平行 流路的阀式中Kv'怀考虑粘度修正时计算的流量系v流体运动粘度mm/sF RRe v关系曲线F R-Re v关系图4水蒸气的Kv值的计算a.饱和蒸汽当 P20.5P1 时当 P2O.5P1 时式中G蒸汽流量kg/h,P 1、P2含义及单位同前K蒸汽修正系数
4、部分蒸汽 的K值如下水蒸汽K=19.4;氨蒸汽K=25;氟里昂11 :K=68.5 ;甲烷、乙烯蒸汽 K=37;丙烷、丙烯蒸汽K=41.5;丁烷、异丁烷蒸汽K=43.5。b.过热水蒸汽当 P20.5P1 时当 P2O.5P1 时式中At水蒸汽过热度C,Gs、P1、P2含义及单位同前。那么如何计算选择电动水阀口径工程上我们常用的是通过计算电动阀门的流 量系数Kv/Cv值来推导电动水阀口径因为流量系数和水阀口径是成对应关系的换句 话说流量系数定了水阀口径大小也就确定了。水阀流量系数Kv/Cv采用以下公式 计算Cv=Q/AP 1/2其中Q-设备空调/新风机组的冷量/热量或风量AP-为调节阀 前后压差
5、比理论上讲在不同的空调回路中AP值是不同的是一个动态变化的值取 值范围一般在1-7之间。但由于在流量系数的计算过程中AP是开根号取值所以对 C v计算影响并不是很大。因此在工程设计中一般选AP值为4。举例来说假设1 台空调机组技术指标值如下风量8000 M3/H冷量47.17 KW热量67.55 KW余 压410 PA功率2KW如何选用调节水阀首先我们计算流量系数Kv/Cv值 Cv=Q/AP 1/2=67.55*0.685/2=23.14 Kv=Cv/1.17=43.92/1.17=19.8 然后计算 出来的流量系数Kv/Cv选用与其相适应口径的调节水阀。气体压强与流速的关系:气体的流速越大压
6、强越小。1压力根据工程热力学原理临界压力Pc与进口压力P1绝压的比值称为临界压力比 PB,即 B二Pc/P1从此式可看出气体的临界压力比B只与气体的比热比n有关气体的比热比可 看作为一常数不同类型气体的n值如下对单原子气体取n = 1. 67,贝U B=0. 487即Pc=0. 487P1;对双原子气体取n = 1. 40,贝U B=0. 528即Pc=0. 528P1;对多原子气体取n = 1. 30,贝U B=0. 546即Pc=0. 546P1;故对于空气双原子气体Pc=0.528P1,对于燃气多原子气体Pc=Q 546P1。燃 气放散时出口截面处的压力为P2,外界压力为Po=O 1MP
7、a高、中压放散压力比 较高此状态下外界压力PovPc此时出口截面处的压力P2=Pc不变。2出口流速高、 中压燃气管道放散时出口流速为临界流速根据工程热力学计算公式临界 流速为n绝热指数对于多原子气体n取1. 30R气体常数R=RMM为分子量对于空气R=287,天然气R=519.6J/kmo 1.kT1进口气体温度K根据上式可知放散过程下的出口流速仅与气体的种类、 进口气体温度及气体 的绝热指数有关与放散管截面积无关。3最大质量流量燃气管道放散时管道内压力逐渐降低质量流量亦逐渐减少刚开始瞬间为最大质 量流量其计算公式为n绝热指数对于多原子气体n取1.30R气体常数R二Ro/M,M为分子量对于空气
8、 R=287,天然气 R=519.6,J/km01.kT1气体绝对温度Kf放散管截面积m2z压缩系数取Z=11差压式流量计 差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据根据节流原理当流体 流经节流件时如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等 在其前后产生压差此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中 因标准孔 板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究最充分、 已标准化而得到最 广泛的应用。孑L板流量计理论流量计算公式为式中qf为工况下的体积流量m3/s c为流出系数无量钢B=d/D无量钢;d为工况下孔板内径mm D为工况下上游管 道内径mm为可膨胀系数无量钢 p
9、为孔板前后的差压值Pa p 1为工况下流体的 密度kg/m3。对于天然气而言在标准状态下天然气积流量的实用计算公式为 式中qn为标准状态下天然气体积流量m3/s As为秒计量系数视采用计量单 位而定此式As=3.1794X 10-6 c为流出系数E为渐近速度系数d为工况下孔板内 径mm FG为相对密度系数为可膨胀系数FZ为超压缩因子FT为流动湿度系数 p1为孔板上游侧取压孔气流绝对静压MPa p为气流流经孔板时产生的差压Pa。差压式流量计一般由节流装置节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管 路和差压计组成对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计传感器或变送 器、温度计传感器或变送器流量
10、计算机组分不稳定时还需要配置在线密度计或色 谱仪等。2速度式流量计 速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理的一类流量计。工业应用中主要有 涡轮流量计当流体流经涡轮流量传感器时在流体推力作用下涡轮受力旋转其转速与管道平均流速成正比涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值检测线圈中 的磁通随之发生周期性变化产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量雷诺数范围 内该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。涡轮流量计的理 论流量方程为式中n为涡轮转速qv为体积流量A为流体物性密度、粘度等涡轮 结构参数涡轮倾角、涡轮直径、流道截面积等有关的参数B为与涡轮顶隙、流体 流速分布有关的系数C
11、为与摩擦力矩有关的系数。 涡街流量计在流体中安放非流线型旋涡发生体流体在旋涡发生体两侧交替 地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量雷诺数范围内旋涡的 分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。涡街流量计的理论流 量方程为式中qf为工况下的体积流量m3/s D为表体通径mm M为旋涡发生体两侧 弓形面积与管道横截面积之比d为旋涡发生体迎流面宽度mmf为旋涡的发生频率 Hz;Sr为斯特劳哈尔数无量纲。 旋进涡轮流量计当流体通过螺旋形导流叶片组成的起旋器后流体被强迫围绕 中心线强烈地旋转形成旋涡轮通过扩大管时旋涡中心沿一锥形螺旋形进动。在一定 的流量雷诺数范围内旋涡流的进动
12、频率与流经旋进涡流量传感器处流体的体积流量 成正比。旋进旋涡流量计的理论流量方程为式中qf为工况下的体积流量m3/s f为旋涡频率Hz;K为流量计仪表系数 P/m3 p为脉冲数。 时差式超声波流量计当超声波穿过流动的流体时在同一传播距离内其沿顺流 方向和沿逆流方向的传播速度则不同。在较宽的流量雷诺数范围内 该时差与被测 流体在管道中的体积流量平均流速成正比。超声波流量计的流量方程式为式中qf为工况下的体积流量m3/s V为流体通过超声换能器皿1、2之间传 播途径上的声道长度mL为超声波在换能器1、2之间传播途径上的声道长度mX 为传播途径上的轴向分量m ti为超声波顺流传播的时间s t2为超声
13、波逆流传播的 时间 s。速度式气体流量计一般由流量传感器和显示仪组成对温度和压力变化的场合则 需配置压力计传感器或变送器、温度计传感器或变送器、流量积算仪温压补偿或 流量计算机温压及压缩因子补偿对准确度要求更高的场合如贸易天然气 则另配置 在线色谱仪连续分析混合气体的组分或物性值计算压缩因子、密度、发热量等。3容积式流量计在容积式流量计的内部有一构成固定的大空间和一组将该空间分割成若干个已 知容积的小空间的旋转体如腰轮、皮膜、转筒、刮板、椭圆齿轮、活塞、螺杆等。 旋转体在流体压差的作用下连续转动不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根 据一定时间内旋转体转动的次数即可求出流体流过的体积量。 容
14、积式流量计的理 论流量计算公式式中qf为工况下的体积流量m3/s n为旋转体的流速周/s V为旋 转体每转一周所排流体的体积m3/周。浮子流量计。 浮子流量计在中型和小型实验装置上使用很广泛这是因为浮子 式流量计简单、直观、价格低廉适合作一般指示。浮子流量计有玻璃锥管型和金属 锥管型两大类玻璃锥管型的不足之处是耐压不高和玻璃锥管易碎另外 流体温度压 力对示值影响大。一般可根据流体实际温度和压力按式3.28进行人工换算。式中由于引入p n,在被测气体不为空气时也可利用该公式进行换qv二qvf(3.28)式中qv实际体积流量Nm3/hqvf仪表示值m3/h;P n被测气体在标准状态下的密度kg/N
15、m3;P an空气在标准状态下的密度 kg/Nm3;T n、Pn气体在标准状态下的绝对温度、绝对压力Tf、Pf-气体在工作状态下的绝对温度、绝对压力。(2)湿空气干部分流量测量问题 湿空气干部分流量测量的必要性。在化工生产的氧化反应过程中一般是将 空气送入反应器而真正参与反应的仅仅是空气中的氧由于空气中的氮和氧保持恒定 比例所以测量得到进入反应器的氮氧混合物流量也就可以计算出氧的流量。但是 压缩机和鼓风机从大气中吸入的空气除了氮氧成分之外 (微量成分忽略不计)总是包 含一定数量的水蒸汽而且水蒸气的饱和含量是随着其温度的变化而变化的。为了将 氧化反应控制在理想状态须对进入反应器的氮氧混合气流进行精确测量也即将进入 反应器的空气中的水蒸气予以扣除得到湿空气的干部分流量这是湿气体中需要测 量干部分流量的一个典型例子。 湿空气密度的求取。湿空气由其干部分和所含的水蒸气两部分组成。标准 状态下湿气体的密度可用式(3.29)计算。p n = p gn + p sn(3.29)式中p n湿空气在标准状态下(101.325kPa,20 C)的密度kg/m3;p gn湿空气在标准状态下干部分的密度 kg/m3p sn湿空气在标准状态下湿部分的密度 kg/m3;工作状态下湿空气的密度可按式(3.30)计算。P f=p gf+
