[发明专利]超临界压比测量复杂型面孔流通面积的方法

说明书

技术领域

本发明涉及型面孔流通面积的测量方法，特别是涉及利用空气动力精确测量不规则复杂型面孔流通面积的方法。

背景技术

现有使用空气动力测量型面孔流通面积方法是采用远低于临界比的方法，使空气低速流过型面孔，此时空气的流动接近不可压缩流，又保持管道内空气流动的雷诺数大于3150，即空气的粘性影响也足够小，这样设计计算的基本公式可用下列公式表示：

通过型面孔的空气流量Ga(kg/s)为：

因此型面孔的流通面积为：

其中：Ga-通过型面孔的空气流量(Kg/s)

F_型-型面孔的面积(m²)

C-流出系数

β-收缩率，对于圆孔为d/D

D-管道的直径

ΔP-型面孔前后的压差(Pa)

ε-空气的可膨胀系数

ρ-空气密度(Kg/m³)

其中：C＝f(ReD，β)ReD-管道内气流的雷诺数

ε＝f(P₀/P₁，β，)

P₁-测量型面孔前的空气压力(Pa)

P₀-测量型面孔后，排气管内的空气压力(Pa)，它等于大气压力。

分析这些计算公式可以明显看出它的特点是：

1.计算的基本公式中，把空气假设为不可压缩流，无粘性进行计算，以简化公式。

2.为减少误差再用C，β，ε三个参数来进行修正，主要是修正空气的可压缩性及空气的粘性引起的误差。

3.测量型面孔的面积F_型，在上述公式中，Ga是可以测量得到的，由于管道内没有分流和漏气，根据气流的连续性原理，整个管道内的的空气流量是相等的，只要通过标准节流孔板就可以测量出空气流量Ga，其余的参数ΔP可以测量得到，ρ可由测量得到的空气状态参数温度、压力计算得到，至于C，β，ε三个参数，对于简单的规则型面孔可以通过大量的试验数据及曲线可以得到，而对于复杂型面来说，C，β，ε三个参数就无法得到。因此这种测量方法只能得到相对于比较相似型面孔面积的大小，是一个相对值，不能得到确切的流通面积数值。

这种测量方法的特点决定了其使用范围的局限性及其误差。

1、小流量限制。为了防止小流量时空气粘性带来的误差过大，因此规定流体管道内的雷诺数必须大于3150，且管道的直径必须大于ф50，而在工程上遇到复杂型面孔的面积往往比较小，因此用这种测量方法测量时，会落在限制范围内。有的虽然在允许范围内，但已经接近限制线，误差较大。

2、管道内流速的限制。为了减少空气可膨胀性引起的误差，要求空气在管道内的流速不能太高，具体要求为Po/P₁^*＞0.75，也就是ΔP＜0.33Po，否则由于空气可膨胀性引起的误差会过大。

3、用这种方法设计的测量装置通用性差。由于这种测量方法受到小流量、大流速的限制，往往一台设备只能测量较小范围的流通面积，因此通用性差。

4、测量误差较大。由于受到空气可膨胀性和粘性的影响，而且大气压力的变化也会影响测量的结果。

5、测量的结果只能比较相对面积的大小，不能得到具体面积的数值。

发明内容

针对现有技术利用空气动力测量型面孔流通面积方法存在的不足，本发明的目的旨在提供一种超临界压比测量复杂型面孔流通面积的方法，以解决现有技术存在的测量误差大，测量范围小，测量装置通用性差及无法精确测量小复杂型面孔等问题。

本发明所要解决的上述问题，可通过采取以下技术方案得以实现。

1把空气按可压缩流进行设计和计算，即把空气视为可压缩流，测量方法的设计和计算按可压缩流进行。

2测量时保持测量型面孔前的空气压力P₁^*与大气压力P_o的比值要大于临界压力比，以确保空气能够以临界速度通过被测型面孔。对于空气来说，临界压力比为P临/P₁^*＝0.5283，因此通常要求P₁^*≥2P₀，即要求P₁^*大于或等于2倍大气压力。由于此处为收敛通道，空气流以临界速度通过被测型面孔，在管道内又进一步通过膨胀波使压力降低为接近大气压力，排入大气。