流体流动类型与雷诺数(浅谈平衡式流量计的直管段要求)

Posted 2023-05-31

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流体流动类型与雷诺数(浅谈平衡式流量计的直管段要求)

百度词条：“平衡流量计是一种较为特殊的差压式流量仪表，源自2003年美国航天飞机主发动机测液氧流量计，由美国NASA采用流量仿真技术设计和研发。它采用独特的等雷诺数、增加节流件厚度和加工精度，使流动性能接近文丘里，构造依然简洁、安全，性能有质的飞跃，巧妙的结构设计能在最短的直管段要求下，用相对较小的永久压损换来较大的稳定差压，实现高精度长期稳定测量”。

平衡式流量计

平衡式流量计在厂家给出的直管段要求中给出了前0.5D后0.5D的技术要求。这个技术要求在生产实践中是不能满足绝大多数实际生产实践的。

平衡式流量计当初是为了解决低雷诺数流体的测量问题，主要就是在层流的流态下的流体流量的测量，也就是航天发动机的液态氧从燃料箱流出后，经发动机的喷口的加热段气化进入燃烧室的液态氧的流量，这个在较低的雷诺数的层流流态，使用平衡是流量计可以保证较好的测量性能，同时对液氧的流态又有较好的控制，保证了发动机的稳定工作。

层流中摩擦阻力及沿程水头损失均与流速的一次方成正比，流速分布呈抛物线型。圆管层流流速分布如图1所示。

湍流是自然界普遍存在的流体运动，它只有在流体高速流动（高雷诺数）的情况下才会产生。湍流的基本特征在于其具有随机性质的涡旋结构，以及这些涡旋在流体内部的随机运动，因此，湍流能引起相邻各层流体间动量、能量及浓度等的交换和脉动。

由此可以看到在层流条件下，使用平衡式孔板流量计，可以对前后直管段有较低的要求。

但随流体流速的增加，雷诺数的提高，相邻各层流体间动量、能量及浓度等的交换和脉动。由此带来经过流量计的节流装置（孔板）后，就会发生运动分离。

这个分离强度与流体的雷诺数高度非线性相关。对于流量计而言就是流出系数与雷诺数高度非线性相关。

平衡式孔板流量计也是也一样，即在湍流条件下，流体流经每个孔时都会发生分离，由于流体流态的影响，每个孔的对应的流体的流体流速的不同，其流经后的分离强度是不一样的，为了防止尽量小的后端流体分离漩涡的互扰（平衡性），其就要求每个平衡孔的流态尽量相似。

如何才能保证流态的尽量相似呢？最佳的手段就是尽量足够的直管段，让流体在平衡孔板前充分发展，保证足够好的运动相似性。这样才能保证测量性能。

根据Langhaar HL公式,L=0.058Re.d对进口没干扰的光滑圆管，湍流时,L为25→50d。

标准孔板的直管段要求

由此，我们在使用平衡式流量计时，要充分考虑直管段对其性能的影响，理想条件下的安装要求不能作为生产实践的技术指标使用。