D-D/2标准孔板的流出系数公式演变的分析

史振东 李 旭 段慧明 王彤欣 刘华清

(1.中国计量科学研究院，北京 100029；2.北京清阳仪表科技有限公司，北京 100085)



D-D/2标准孔板的流出系数公式演变的分析

史振东1李 旭1段慧明1王彤欣2刘华清2

(1.中国计量科学研究院，北京 100029；2.北京清阳仪表科技有限公司，北京 100085)

简要介绍了D-D/2标准孔板的流量公式，指出了流出系数公式在GB 2624—1993和GB 2624—2006两种算法中的不同，并将按不同版GB2624计算得到的流出系数及流量进行了比较分析。

D-D/2取压；孔板；流出系数；质量流量

0 引言

标准孔板是机械加工获得的一块圆形穿孔的薄板，是差压式流量计的节流件，拥有悠久的历史。随着工业生产和科学技术的进步，越来越多的新型流量计得到了发展。孔板流量计作为一种经典的流量计，具有结构简单、无可动部件、长期使用稳定可靠的优点，且标准化程度高、线性好、可不必进行实流标定。因此孔板在国内外得到了广泛的应用，拥有巨大的市场。孔板流量计有可靠的实验数据，并有国家标准(GB 2624)对标准孔板进行了描述和规定。随着理论研究和试验数据的日益完善，GB 2624也由1993版本更新到2006版本，那么在相同条件下，分别以GB 2624—2006和GB 2624—1993计算D-D/2取压方式下的孔板流量，计算结果的差别有多大？本文就此进行了探讨。

孔板流量计计算流量公式为：

(1)

式中：d为孔板内径；β为孔径比；ε为可膨胀系数；C为流出系数；Δp为孔板上下游差压；ρ为流体密度。

从式(1)可以看出，在孔板、管道、差压、介质及其状态相同的条件下，流量仅与流出系数、可膨胀系数的大小有关。

1 GB 2624—1993与GB 2624—2006关于流出系数的差异分析

GB/T 2624—2006根据大量数据回归的R/G公式取代GB/T 2624—1993的stolz公式计算孔板流出系数。

标准孔板在GB 2624—1993中流出系数的计算公式为：

C= 0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+

(2)

因此，式(2)简化为：

C= 0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+

β4)-1-0.0337×0.47β3

(3)

标准孔板在GB 2624—2006中流出系数用Reader-Harris/Gallagher(1998)公式计算：

C= 0.5961+0.0261β2-0.216β8+

(4)

式(4)简化为：

C= 0.5961+0.0261β2-0.216β8+

(5)

从式(3)、(5)可以看出，流出系数公式有较大不同。

2 以水为介质角接标准孔板的流出系数及流量计算

下面以实例进行分析，已知条件：管道内径100mm、孔板内径50mm，介质为水，工作压力为0.3MPa，工作温度为20℃，取压方式为D-D/2取压。计算结果如表1、表2所示。

表1 以GB 2624—1993和GB 2624—2006计算流出系数的结果比较

表2 以GB 2624—1993和GB 2624—2006计算质量流量的结果比较

从表1可以看出，随着差压的增大，流出系数减小；从表2可以看出，随着差压的增大，质量流量增大。在同一差压下，质量流量的偏差与流出系数的偏差是相同的，这是因为在其它条件相同，即管道内径、孔板内径、介质、工作压力、工作温度都完全相同的情况下，流量公式中只有流出系数一个变量，而流量与流出系数成线性关系。

以GB 2624—2006和GB 2624—1993计算质量流量之间的偏差如图1所示。在该工作条件下，按GB 2624—2006计算出来的流量比GB 2624—1993计算出来的流量偏大，但其偏差在万分之几，从图1还可以看出，随着差压的增加，计算结果之间的偏差逐渐减小，但减小的幅度很小。

下面以另一个实例进行分析，其他所有条件不变的情况下，仅孔板内径变更为20mm。经过计算后得到表3。

图1 以GB 2624—2006和GB 2624—1993计算质量流量之间的偏差

表3 以GB 2624—1993和GB 2624—2006计算质量流量的结果比较

从表3可以看出，在该工作条件下，按GB 2624—2006计算出来的流量比GB 2624—1993计算出来的流量也是偏大的，雷诺数在20000左右及以内二者偏差较大，且随着差压的增加，计算结果之间的偏差逐渐减小。

3 结论

本文系统地介绍了GB 2624—1993和GB 2624—2006流出系数的公式，并将D-D/2取压方式的孔板流出系数的公式进行了简化整理，以GB 2624—2006计算出来的流出系数及流量与以GB 2624—1993计算出来的流出系数及流量进行了比较分析，有利于生产厂家及广大用户进行孔板设计计算及流量计算。而现行的JJG 640—1994《差压式流量计检定规程》与GB 2624—1993基本一致。本文对流出系数及流量计算结果进行了比较分析，有利于更好地贯彻和完善检定规程，对于差压式流量计行业的发展具有一定的意义。

[1] JJG 640—1994差压式流量计检定规程

[2] GB 2624—1993流量测量节流装置 用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量

[3] GB 2624.1—2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第1部分：一般原理和要求

[4] GB 2624.2—2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第2部分：孔板

[5] 苏彦勋，等.流量计量与测试.北京:中国计量出版社,2007

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.12