临界流文丘里喷嘴算法及比较

冯春辉

摘 要：针对标准规程中喷嘴质量流量的具体计算方法未明确给出，结合实际介绍了临界流文丘里喷嘴质量流量计算的常用算法，算法中明确了各参数具体的计算步骤，指明计算中参数使用注意事项，防止在计算中出现错用造成计算结果误差，对参与质量流量计算中个别参数的其他算法进行论述，分析算法间结果数据的差异。

关键词：喷嘴;流出系数;临界流函数

0 引言

临界流文丘里喷嘴由于其性能稳定、结构简单、计量精度高等特点，通常被作为实流高压气体的次级标准装置，用来校准工作级传递标准或高准确度的被检流量计，针对临界流文丘里喷嘴流量计算算法相对复杂且较多，规程中计算方法与实际使用的往往不符及标准规程算法未具体明确，本文结合GB/T21188《用临界流文丘里喷嘴测量气体流量计》[1]，GB/T21446《用标准孔板流量计测量天然气流量》[2]以及流量计检定站系统内常用算法，对临界流文丘里喷嘴的算法和注意事项进行简要介绍，对参与质量流量计算中个别参数的其他算法进行介绍，并对算法结果差异进行比较。

1 临界流文丘里喷嘴质量流量计算

临界流指达到临界压力比时，流过喷嘴的气体质量流量达到最大，气体在喉部达到当地音速，此时的流动称为临界流。进一步降低背压比，通过喷嘴的质量将保持不变。

临界流文丘里喷嘴质量流量计算方法较多，目前在各检定站通常采用以下方法计算质量流量，在已知：气体组分;上游直管段内径D20及材质，喷嘴喉部直径d20及材质（D20和d20通过几何检定可知）;上游绝对压力P1，上游绝对温度T1（变送器直接测量获得的绝对压力和绝对温度）情况下，按照实际条件下临界流量的计算公式计算，公式为：

1.1 Ant喷嘴喉部横截面积计算

由于温度会引起金属材质变形，因此在实际计算中需要考虑温度对上游直管段内径及喉径的影响，计算公式如下：

3 计算实例

例：普通加工圆环形喷嘴计量管路上游变送器数值为：P1=8.60185Mpa，T1=27.68971℃，上游管道材质为20#钢（线膨胀系数为11.16*10-6mm/（mm·℃）），喉部为10#钢（线膨胀系数为11.6*10-6mm/（mm·℃）），该喷嘴的标称体积为410m3/h;根据校准证书知喉径d20=25.1314mm，上游直管段内径为D20=106mm;根据校准证书雷诺数和流出系数证书拟合的a=0.998549842，b=11.21282265，n=0.5;

4 結论

从以上的讨论和分析中可以得出以下结论：

（1）从文中算法的比较可以看出使用不同方法计算喷嘴质量流量时，算法差异会造成结果间存在明显偏差。

（2）临界流喷嘴质量算法中滞止温度和滞止压力一般采用叠带算法，流出系数一般根据喷嘴校准所得雷诺数和流出系数，按照拟合得到喷嘴的a、b、n，然后采用雷诺数和质量流量叠代计算获得。

（3）按照喷嘴的类型，采用GB/T21188中表1给出的a、b、n 计算出的流出系数，带入喷嘴质量计算公式结果偏差较大。

参考文献

[1]GB/T21446-2008.用标准孔板流量计测量天然气流量

[2] GB/T 21188-2007.用临界流文丘里喷嘴测量气体流量

（作者单位：国家石油天然气大流量计量站乌鲁木齐流量分站）