CN110260953B - 一种修正音速喷嘴的流出系数的方法 - Google Patents
一种修正音速喷嘴的流出系数的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110260953B CN110260953B CN201910644031.3A CN201910644031A CN110260953B CN 110260953 B CN110260953 B CN 110260953B CN 201910644031 A CN201910644031 A CN 201910644031A CN 110260953 B CN110260953 B CN 110260953B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- sonic nozzle
- molar mass
- sound velocity
- velocity value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
- G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
- G01F25/15—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters specially adapted for gas meters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Details Of Flowmeters (AREA)
Abstract
本发明涉及计量学领域，公开了一种修正音速喷嘴的流出系数的方法，所述方法包括：测量经过音速喷嘴的气体介质的体积流量qv；在所述音速喷嘴上游检测气体初始组分，并利用所述气体初始组分计算气体物性参数和所述气体介质中的理论声速值SOSGC；测量所述音速喷嘴的进气管道内的实际声速值SOSUSM；根据所述理论声速值SOSGC与实际声速值SOSUSM之比估算气体摩尔质量的修正系数C，并计算气体修正摩尔质量MNOZ；利用所述气体修正摩尔质量MNOZ计算所述音速喷嘴的流出系数Cd。本发明通过修正音速喷嘴处的气体介质的摩尔质量，降低了所述音速喷嘴的流出系数Cd的不确定度，使得经过音速喷嘴的体积流量与质量流量的换算误差小，量传准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及计量学领域，具体涉及一种修正音速喷嘴的流出系数的方法。
背景技术
发动机推力性能的测试、天然气流量计检定/校准等诸多领域都需要对气体流量进行测量，且气体流量的测量准确性取决于气体流量标准装置的测量精确性。
气体流量原级标准装置主要分为质量法和容积法。基于质量法主要有mt法标准装置，mt法标准装置又称质量-时间法标准装置，主要原理是在恒定重量的容器中通入气体，根据通入气体的质量和通入时间，求解气体的质量流量，且mt法标准装置可直接将量值传递给同属质量流量计的音速喷嘴。mt法原级标准装置的工作压力高，流量大，目前国内mt法原级标准装置的最大工作压力为8MPa，最大流量为8kg/s，装置的扩展不确定度为0.1％(k＝2)。容积法包括pVTt法标准装置、HPPP法标准装置等，活塞式HPPP法原级标准装置受其高压体积管的机械加工水平的影响较大，目前国内的HPPP原级标准装置的最大工作压力为10MPa，最大流量为480m3/h，装置的扩展不确定度为0.07％(k＝2)。文丘里喷嘴是用于测量气体流量的测量管，包括收缩段、喉部和扩散段，喷嘴孔径从入口到喉部逐渐减小，经过喉部后又渐扩到出口。文丘里喷嘴孔径最小的部分为喉部，在喉部的下游设有孔径逐渐扩大的流道，气流经过文丘里喷嘴时，当气流处于亚音速，喉部的气体流速将随上下游的压力差(即文丘里喷嘴的入口压力P0与文丘里喷嘴的出口压力P1之差)增大而增大；当上下游的压力差增加到一定值时，文丘里喷嘴喉部的气体流速达到最大流速—当地音速，流经文丘里喷嘴的气体流量达到最大，即达到临界流，此时如果P0不变，喉部的气体流速将保持不变，也就是不再受下游出口压力P1的影响，此时的文丘里喷嘴即为临界流文丘里喷嘴，又称音速喷嘴，音速喷嘴的入口压力P0称为滞止压力，音速喷嘴的入口温度称为滞止温度T0，P1与P0的比值称为临界压力比。音速喷嘴因其结构简单、无可动部件、准确度高、重复性好等特点，国内外普遍将其作为传递标准对其它类型的气体流量计进行量值传递。
天然气具有可压缩性且组分复杂等特点，天然气的气体组分主要是由安装在调压区下游的在线气相色谱分析仪检测得到，根据天然气的气体组分可计算天然气的摩尔质量，但由于在线气相色谱分析仪距离音速喷嘴的实际安装位置较远，在天然气低流速流通情况下，在线气相色谱分析仪检测的天然气摩尔质量与在音速喷嘴处的实际摩尔质量相差较大，而实际应用中利用在线气相色谱分析仪进行气体摩尔质量修正非常困难，因此在音速喷嘴处，气体介质的实际摩尔质量的不确定度较大，从而导致音速喷嘴的流出系数的计算不确定度大，经过音速喷嘴的体积流量换算为质量流量时换算误差大，这也是造成mt法标准装置与HPPP法标准装置无法直接进行比对的主要原因。
发明内容
为了降低音速喷嘴的流出系数的不确定度，减小体积流量与质量流量的换算误差，本发明提供了一种修正音速喷嘴的流出系数的方法。
所述方法包括：
测量经过音速喷嘴的气体介质的体积流量qv；
在所述音速喷嘴上游检测气体初始组分，并利用所述气体初始组分计算气体物性参数和所述气体介质中的理论声速值SOSGC，所述气体物性参数包括临界流函数C*、气体初始摩尔质量MGC和气体压缩因子Z；
测量所述音速喷嘴的进气管道内的实际声速值SOSUSM；
根据所述理论声速值SOSGC与实际声速值SOSUSM之比估算气体摩尔质量的修正系数C，并计算气体修正摩尔质量MNOZ；
利用所述气体修正摩尔质量MNOZ计算所述音速喷嘴的实际流出系数Cd。
优选地，按照公式(1)计算气体初始摩尔质量MGC的修正系数C：
优选地，按照公式(2)计算气体修正摩尔质量MNOZ：
MNOZ＝C·MGC 公式(2)。
优选地，所述音速喷嘴的上游安装有HPPP原级标准装置，用于测量经过音速喷嘴的气体介质的体积流量qv。
优选地，所述HPPP原级标准装置的进气端安装有在线气相色谱仪，用于检测音速喷嘴上游的气体初始组分。
优选地，所述音速喷嘴的进气管道内安装有超声流量计，用于测量实际声速值SOSUSM。
优选地，根据公式(3)计算所述音速喷嘴的实际流出系数Cd：
其中，d为音速喷嘴的喉部直径；
R0为通用气体常数；
P0、T0分别为音速喷嘴入口处的滞止压力和滞止温度。
在上述技术方案中，通过所述理论声速值SOSGC与实际声速值SOSUSM之比估算气体摩尔质量的修正系数C，并计算气体修正摩尔质量MNOZ，该气体修正摩尔质量MNOZ即为经过音速喷嘴的气体介质的实际摩尔质量，应用该气体修正摩尔质量MNOZ计算音速喷嘴的实际流出系数Cd时降低了不确定度，使得经过音速喷嘴的体积流量与质量流量的换算误差小，有利于不同原理的原级标准装置之间的比对，提高了音速喷嘴的计量准确度。
附图说明
图1是修正音速喷嘴的流出系数的方法流程图；
图2是流出系数Cd的修正原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明提供了一种修正音速喷嘴的流出系数的方法，包括以下步骤：
S1、测量经过音速喷嘴的气体介质的体积流量qv。
根据本发明一个优选的实施方式，音速喷嘴的上游设置有体积流量测量装置，优选地，所述体积流量测量装置为HPPP原级标准装置。所述HPPP原级标准装置包括高压体积管、活塞、位置传感器和计时器，以及用于控制气体流速的多数阀门。高压体积管具有恒定的测量段长度和直径，所述活塞以自由置换或强制置换方式在所述高压体积管的体积测量段内匀速、往复运动，所述位置传感器和所述计时器分别用于记录活塞的位置变化量和对应的移动时间。测量过程中将活塞在高压体积管测量段的位置变化量转换为有效检定容积ΔV，并记录活塞的移动时间Δt，根据以下公式计算实际经过音速喷嘴的体积流量qv：
S2、在所述音速喷嘴上游检测气体初始组分，并利用所述气体初始组分计算气体物性参数和所述气体介质中的理论声速值SOSGC。
在步骤S2中，所述HPPP原级标准装置的进气端安装有在线气相色谱仪，用于检测音速喷嘴上游的气体初始组分。根据所述气体初始组分计算得到的气体物性参数包括临界流函数C*、气体初始摩尔质量MGC和气体压缩因子Z。
进一步地，音速喷嘴的入口端还设置有用于测量气体温度的温度变送器，音速喷嘴与HPPP原级标准装置之间设置有测量气体压力的压力变送器。
依据美国煤气协会AGA发表的AGA Report No.10，声波在天然气中的传播是由一个特定的速度来表征的，介质中的超声波声速是一个与天然气的压力、温度和组分相关的函数，根据步骤S2测得的天然气组分，以及温度变送器和差压变送器分别测量的天然气温度和压力值，依据该报告提供的高精度计算程序和相关状态方程即可对天然气介质内的声速进行理论计算，得到理论声速值SOSUSM。
S3、测量所述音速喷嘴的进气管道内的实际声速值SOSUSM。
在步骤S3中，所述音速喷嘴的进气管道内安装有超声流量计，由于超声波的传播速度随气体介质的流速变化而变化，本发明中的超声流量计用于测量音速喷嘴的进气管道内的实际声速值SOSUSM。
S4、根据所述理论声速值SOSGC与实际声速值SOSUSM之比估算气体摩尔质量的修正系数C，并计算气体修正摩尔质量MNOZ。
在步骤S4中，已知由气体初始组分计算得到的气体初始摩尔质量MGC，以及理论声速值SOSUSM和实际声速值SOSUSM，按照公式(1)计算气体摩尔质量的修正系数C：
利用所述修正系数C，可将在线气相色谱仪测得的气体初始摩尔质量MGC修正为音速喷嘴入口处的真实气体摩尔质量，记为气体修正摩尔质量MNOZ。
按照公式(2)计算气体修正摩尔质量MNOZ：
MNOZ＝C·MGC 公式(2)。
S5、利用气体修正摩尔质量MNOZ计算所述音速喷嘴的实际流出系数Cd。
具体地，按照公式(3)计算音速喷嘴的实际流出系数Cd：
其中，d为音速喷嘴的喉部直径；
R0为通用气体常数；
P0、T0分别为音速喷嘴入口处的滞止压力和滞止温度；
由气体初始组分计算得到的气体物性参数包括临界流函数C*、气体初始摩尔质量MGC和气体压缩因子Z。
如图2所示，给出了流出系数Cd的修正思路，在已知经过音速喷嘴的体积流量qv、音速喷嘴入口处的滞止压力P0和滞止温度T0，以及由气体初始组分计算得到的临界流函数C*、气体初始摩尔质量MGC和气体压缩因子Z的情况下，按照公式(3)计算可得到初级流出系数C0。但由于在线气相色谱仪距离音速喷嘴的实际安装位置较远，在低流速情况下，根据初始气体组分计算得到的气体初始摩尔质量MGC与在音速喷嘴处的实际气体摩尔质量相差较大，也即按气体初始摩尔质量MGC计算得到的初级流出系数C0的不确定度大。为解决这个问题，本发明中利用超声流量计测量音速喷嘴的进气管道内的实际声速值SOSUSM，通过该实际声速值SOSUSM与理论声速值SOSGC建立如公式(1)所述的气体摩尔质量的修正模型，得到修正系数C，应用该修正系数C将气体初始摩尔质量MGC换算为气体修正摩尔质量MNOZ。
该气体修正摩尔质量MNOZ即为气体介质在音速喷嘴入口处的真实摩尔质量，利用气体修正摩尔质量MNOZ计算得到的实际流出系数Cd，其不确定度可大大降低，从而使得经过音速喷嘴的体积流量与质量流量的换算误差小，有利于不同原理的原级标准装置间的比对，提高了音速喷嘴的计量准确度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种修正音速喷嘴的流出系数的方法，其特征在于，所述方法包括：
测量经过音速喷嘴的气体介质的体积流量qv；
在所述音速喷嘴上游检测气体初始组分，并利用所述气体初始组分计算气体物性参数和所述气体介质中的理论声速值SOSGC，所述气体物性参数包括临界流函数C*、气体初始摩尔质量MGC和气体压缩因子Z；
测量所述音速喷嘴的进气管道内的实际声速值SOSUSM；
根据所述理论声速值SOSGC与实际声速值SOSUSM之比估算气体摩尔质量的修正系数C，并计算气体修正摩尔质量MNOZ；
利用所述气体修正摩尔质量MNOZ计算所述音速喷嘴的实际流出系数Cd；
按照公式(3)计算所述音速喷嘴的实际流出系数Cd：
其中，d为音速喷嘴的喉部直径；
R0为通用气体常数；
T0为音速喷嘴入口处的滞止温度；
qv为经过音速喷嘴的气体介质的体积流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照公式(1)计算气体摩尔质量的修正系数C：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照公式(2)计算气体修正摩尔质量MNOZ：
MNOZ＝C·MGC 公式(2)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述音速喷嘴的上游安装有HPPP原级标准装置，用于测量经过音速喷嘴的气体介质的体积流量qv。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述HPPP原级标准装置的进气端安装有在线气相色谱仪，用于检测音速喷嘴上游的气体初始组分。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述音速喷嘴的进气管道内安装有超声流量计，用于测量实际声速值SOSUSM。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910644031.3A CN110260953B (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 一种修正音速喷嘴的流出系数的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910644031.3A CN110260953B (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 一种修正音速喷嘴的流出系数的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110260953A CN110260953A (zh) | 2019-09-20 |
| CN110260953B true CN110260953B (zh) | 2020-09-08 |
Family
ID=67926680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910644031.3A Active CN110260953B (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 一种修正音速喷嘴的流出系数的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110260953B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113218479A (zh) * | 2021-06-26 | 2021-08-06 | 唐山同海净化设备有限公司 | 一种喷嘴流量公式的纠偏方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102967349A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-13 | 浙江省计量科学研究院 | 一种气体超声流量计的网络化在线检验方法 |
| DE102015120636A1 (de) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Verfahren zur Ermittlung einer Eigenschaft eines Kohlenwasserstoffgemisches und Ultraschall-Durchflussmessgerät |
| CN105928592A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-09-07 | 中国计量大学 | 快速检定pVTt法气体流量标准装置与检定方法 |
| DE102016121226A1 (de) * | 2016-11-07 | 2018-05-09 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemisches und Vorrichtung dafür |
-
2019
- 2019-07-17 CN CN201910644031.3A patent/CN110260953B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110260953A (zh) | 2019-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111044252B (zh) | 一种高精准度进气道流量测量方法 | |
| CN210036908U (zh) | 一种可校准音速喷嘴的高压天然气流量原级标准装置 | |
| CN109211372B (zh) | 低压临界流文丘里喷嘴校准装置 | |
| CN110726444B (zh) | 一种基于科氏力质量流量计的湿气流量计量方法及其装置 | |
| CN103616313A (zh) | 一种气体密度在线测量方法 | |
| CN115524134B (zh) | 一种航空发动机防冰系统引气量测试结构及方法 | |
| CN110260953B (zh) | 一种修正音速喷嘴的流出系数的方法 | |
| CN111735520A (zh) | 一种具有高低压双校准段的气体流量标准装置及其校准方法 | |
| WO2021031217A1 (zh) | 一种基于科氏力质量流量计的湿气流量计量方法及其装置 | |
| CN105403266A (zh) | 一种自动校正的大口径超声水表及其校正方法 | |
| CN113899431A (zh) | 一种移动式流量在线校准系统 | |
| US20030110853A1 (en) | Critical gas flow measurement apparatus and method | |
| CN109781445B (zh) | 一种确定热力膨胀阀流通面积的方法 | |
| CN105784292A (zh) | 一种基于平衡流量计的活塞漏气量测量系统 | |
| Guillou | Uncertainty and measurement sensitivity of turbocharger compressor gas stands | |
| CN111677683B (zh) | 一种基于流量补偿法的微型风扇气动性能测试方法及装置 | |
| CN114440989A (zh) | 宽范围高精度流量堵锥及其使用方法 | |
| CN207816487U (zh) | 一种超声波热量表 | |
| CN110907126A (zh) | 一种风洞稳定段总温间接测量方法 | |
| CN113959533B (zh) | 一种高精度高压氢气质量流量计标定方法 | |
| CN221173567U (zh) | 一种流量测量校准装置 | |
| CN116202596B (zh) | 伽马空管计数实时修正方法 | |
| CN111537137B (zh) | 一种用于含尘气体管道的静压测量方法 | |
| CN114486108B (zh) | 一种航空发动机短舱泄漏面积评估方法 | |
| CN219064730U (zh) | 大口径热量表在线校准装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200814 Address after: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No. Applicant after: China Petroleum & Chemical Corp. Address before: 430073 No. 126 Optics Valley Avenue, East Lake New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei Applicant before: METERING RESEARCH CENTER, NATURAL GAS BRANCH OF CHINA PETROLEUM AND CHEMICAL Corp. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |