文丘里与劳奇

文丘里与劳奇（精选七篇）

文丘里与劳奇 篇1

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取我院ICU 2011年1 月～ 2011 年10月气管切开未使用机械通气患者70例, 其中男42例, 女28 例。平均年龄52岁。随机分成实验组和对照组两组。每组35例。两组患者在性别、年龄、原发疾病等方面比较, 经统计学处理, 差异无统计学意义 (P>0. 05) , 具有可比性。

1.2 方法

实验组:采用文丘里装置与恒温加热湿化法:中心供氧装置接气泡式流量表湿化瓶, 接文丘里装置, 将文丘里装置、呼吸机上单独的电热恒温蒸汽发生器及湿化罐, 一次性螺纹管路 (管路内有加热导丝) , 及气管切开雾化面罩, 按照通气顺序相连接。气切雾化面罩放置于患者气管切开处。湿化罐内的湿化液为灭菌注射用水。

对照组:采用注射泵持续推注湿化法:吸氧是中心供氧接气泡式流量表湿化瓶, 吸氧管直接置入气管切开内, 用50 ml注射器抽取灭菌注射用水, 连接延长管, 前端经气管切开管口插入气管切开内, 用注射泵控制以1～ 2 ml/h 的速度, 24 h 持续均匀地滴入气管内。

1.3 判定标准及观察指标

1. 3.1 痰液黏稠度及湿化效果判定

痰液黏稠分3 度: Ⅰ度痰液如米汤样或泡沫样, 吸痰后玻璃接头内壁上无痰液留; Ⅱ度痰液吸痰后有少量痰液滞留在玻璃接头内壁, 易被水冲洗干净; Ⅲ度痰液外观明显黏稠, 呈黄色, 玻璃街头内壁上滞留大量痰液, 且不易被水冲洗[1]。Ⅰ度为湿化过度;Ⅲ度为湿化不足;Ⅱ度为理想的湿化效果[2] 。

1.3.2 比较两组气道湿化的并发症

包括刺激性咳嗽、痰痂形式、气道黏膜损伤出血等。

1.4 统计学方法

对数据进行统计学处理, 计数资料采用χ2检验, P<0.05 为差异有统计学意义。

注:χ2检验, χ2=16.948, P=0.000, 有显著差异

注:两独立样本非参数检验, Z=-2.682, P=0.007 (双相) , 有统计学意义, 两组间比较对照组并发症较多

2 结果

见表1, 2, 3。

注:对照组较实验组并发症发生率高

3 讨论

当施行气管切开时, 不仅鼻腔废用﹑继发感染﹑鼻粘膜纤毛功能减退, 而且更为重要的是, 吸入气全部由气管及其以下的呼吸道来加温和湿化, 难以达到预期的效果, 呼出气水分的丢失又明显增多[3]。因此, 对于建立人工气道的患者, 吸人的气体湿化过程都应该同时伴随着对其加热温化。无论何种湿化, 要求近端气道内的气体温度达到37℃, 相对湿度100﹪。保证气道的温湿化效果是气道管理的重要护理措施。

文丘里装置, 是利用氧射流产生的负压从侧孔带入一定量的空气[4], 以稀释氧气达到所要求的吸入氧浓度, 而达到控制性氧疗的目的。其优点是空氧混合气的流量大、流速快, 理论上空氧混合气流量可达45L/min, 可较好地满足患者的吸气流速, 并能冲刷气管切开面罩内的呼出CO2, 减少重复呼吸, 防止CO2潴留。而且文丘里装置能精确控制氧浓度, 如慢性阻塞性肺病患者, 尤其适用[5]。对于气管切开未使用机械通气的患者, 采用文丘里装置与恒温加热湿化法, 既可有效控制吸氧浓度, 又可以恒定气道内温度及相对湿度, 使其达到最佳温湿化效果, 此外, 文丘里与加温湿化装置连接简单、方便, 容易掌握且未增加护士的工作量。可在临床推广使用。

摘要：目的 探讨文丘里装置与恒温加热湿化法在气管切开未使用机械通气患者的应用效果。方法 选择气管切开未使用机械通气的患者70例, 随机分为实验组和对照组两组, 各组35例, 实验组使用文丘里装置与恒温加热湿化法, 对照组使用注射泵持续推注湿化法, 二组湿化液均使用灭菌注射用水。对两组气道在气道湿化效果方面比较。结果 两组患者在气道湿化效果、管道痰痂形成、刺激性咳嗽等方面的比较, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。结论 文丘里装置与恒温加热湿化法能改善气管切开湿化效果, 使用文氏里装置可精准有效调节吸氧浓度, 达到湿化饱和状态, 控制气道内温度, 可在临床推广使用。

关键词：文丘里,气管切开,气道加温湿化,电热恒温湿化装置

参考文献

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[3]刘又宁.呼吸系统疾病治疗学.北京:科学出版社, 2005.9ISBN7-03-011248-2

[4]王保国.实用呼吸机治疗学.北京:人民卫生出版社, 1994:37-38.

文丘里与劳奇 篇2

油、气、水三相流存在于石油、化工等工业领域, 三相流的物理现象很复杂, 其形成原理和运动规律等还没有完全被研究人员所认识, 因此其测量也是一项十分棘手的问题。因此, 三相流混相测量的研究也成为当今国内外流量测量领域中的一个重要方向。

本研究拟采用电测法和文丘里管相结合的手段, 前者是测量相分率, 后者测量总的流量。井下油、气、水三相流经设计的特殊静态混合器混合后, 流体近似为均相流, 然后通过电容、电导测量部分, 最后经过文丘里管, 就可以测量三相混合流各自的流量。测量原理如图1所示:

1 三相混相测量的理论依据

油井产出的三种主要成分——原油、伴生天然气和矿化水形成了一种相态和流型复杂的多相流, 其变量是随机的。

根据各个相态的压力Pi温度ti, 利用理想状态方程可以将实际状况下的体积流量转化成设定标准状况下的体积流量。假设管道截面的总面积为SO, 其中油相、气相、水相分别占据的面积为SP、SG、SW;设管道中气液三相流的截面含气率、含水率分别为HG、HW, 油、气、水三相在实际状况下的体积流量QP、QG、QW。

则油、气、水三相在实际状况下的体积流量QP、QG、QW可以分别表示为:

而根据伯努利质量流量计算公式:

在实际状况下, 油、气、水三相的体积流量的测量可以通过文丘里管来测量, 因此只要测量出管道中油、气、水各自的相分率, 就可以计算出油、气、水相关的参数, 而电学法是测量管道中相分率的最佳方法。

2 电学法测相分率

在油、气、水三相流中, 根据测量元件的结构形式不同, 电学法可分为电容法和电导法。

2.1 电导法测含水率

电导法测量是基于电学特性, 测量多相流中各相含量的一种方法, 其测量对象是以导电介质为连续相的混合流体为主。具有结构简单、对流动无干扰、易于实现、响应快等优点。

当流体从圆环两极间流过传感器时, 对其施加交变恒定电流, 则产生电极间阻抗, 测量电极间将产生电压, 电压幅度与电导率成反比。流体流过传感器混相电导率为σm, 其中水相电导率为σw, 液体全为水时, 测量电极间的电压为Vw, 混相时测量电极间的电压Vm, 则有:

通过线性转换电路, 把测量电极间的电压转换成频率输出, 则转换关系为:

fm与fw分别是混合相时的输出频率和全水时的输出频率, 由 (5) (6) 可以推出 (7) 式:

根据电导理论, 通过测量输出频率的大小即可求得混合物的含水率。

2.2 电容法测含气率

三相混合流体中, 气相与液相的电导率和介电常数差别都很大, 利用这种特性可测量气液相分率。在气液混合物中的安放两个电极, 这两个电极可视为一个电容器, 而电容值c的大小与混合物的介电常数ε有关, 因此测量电极间的电容值的大小就可以得到混合物的气相分率Φ。

在具体测量装置的结构上设计了多种特殊方法, 经过验证, 用旋转电场和环形电极测量两相流的分相含率是很有效的测量方法。

3 结论

利用文丘里管测量流量的方法已经在工业领域得到广泛的应用。由于其没有活动件, 对管道流体基本上不造成影响, 设计加工相对简单, 将其引入到井下多相流的混相计量, 将为智能油井的开采和控制, 以及油田效益的提高作出重要贡献。文丘里管通过压差来检测多相流的体积流量, 考虑与文丘里管配套的油气水三相相分率的测量方法, 将成功的解决井下多相流混相在线实时计量的问题。

将电容电导传感器安装在管道的内壁, 通过信号传输系统将文丘里管的压差信号、电导传感器所包含的含水率信号、电容传感器所包含的含气率信号传输到地面, 通过计算的计算分析, 就可以得到计算各相相分率、混合密度以及质量流量等重要参数, 即可实现基于文丘里管的井下多相流混相测量技术。

参考文献

[1]冯定, 徐冠军, 袁咏心.多相流量计的现状以及发展趋势[J].机械与电子, 2010, 208:77-79.

[2]冯定, 徐冠军, 黄朝斌.基于文丘里的井下流量计量[J].西南石油大学学报 (自然科学版) , 2010, 32 (1) :151-155.

[3]王化祥, 郝魁红, 徐丽荣.多相流分相含率检测[J].仪器仪表学报, 2004, 25 (3) :336-340.

[4]P.Angeli, G.F.Hewitt, Flow Structure in horizontal oil-water flow, Int.J.Multiphase Flow, 2000, 26:1117-1140.

气力输送系统文丘里供料器的研究 篇3

1气力输送系统概述

气力输送系统主要是借助压缩空气的能量来实现散料连续输送的一种技术, 因其输送效率较高, 成本相对较低, 且对环境的危害较小等优点, 在工农业等各个行业中得到了广泛的应用。甚至在某些行业中, 大有取代其他散料输送方式的趋势。 通常而言, 气力输送系统共有5大装置, 主要包含有气源装置、 供料装置、输送管路、物料收集装置以及料气分离装置等。各个装置的不同构成方式以及不同的结合结构, 将会构成不同类型的气力输送系统。当然了, 气力输送系统并非只有优点。其缺点主要体现在:气力输送系统的动力消耗相对较大, 还可能导致管道出现磨损和被输送的物料破碎。同时其难以进行粘结性和吸湿性较强的物料的输送。此外其对于物料的输送距离相对有限。诸如粘结物料, 其最长的输送距离仅为400m。

2文丘里供料器的结构以及工作原理

文丘里供料器也可以称之为气固喷射器, 其属于气力输送系统中最为简单的一种供料装置。文丘里供料器主要分为低压式和高压式两种类型, 其中高压式也叫喷射供料器或者喷射泵。无论何种形式的文丘里供料器, 其工作原理都是一样的, 也就是借助高速气流的动能来实现粉粒体输送的一种供料装置。其基本构成包含了料斗、喷嘴、接收室、混合室、扩散室等。当一定压强的压缩空气流入喷嘴之后, 其将以较高的速度流经接收室, 并在接收室内形成低于或者等于大气压的压力, 进而促使物料因为重力作用落入或者被吸入到接收室中, 然后物料和高速气流共同流入混合室中, 并再次混合均匀后经过扩散管流入气力输送管道中。

文丘里供料器的之所以在气力输送系统中得到了广泛的应用, 其主要优点体现在以下几点:第一, 文丘里供料器没有移动部件, 无需机械传动。其主要工作原理在于借助空气的动压来实现密封功能的, 只要设计的文丘里供料器是恰当合适的, 其在供料点位置的空气压力必然会等于或者低于大气压力, 进而能够将促使物料顺利的进入到输送管道中, 且物料在输送的过程中不会产生空气泄露现象, 这也是文丘里供料器显著优越于其他机械式供料器的主要特点。第二, 文丘里供料器的体积较小, 结构紧凑, 因此仅需较少的空间即可, 且其对于空间的高度要求也不高。成本相对较为便宜。具备较高的输送速度, 连续性较好。因此文丘里供料器得到了广大业界人士的好评, 尤其广泛应用于化工以及冶金等行业中。当然了, 文丘里供料器并非只有优点, 其缺点主要体现为:整体耗气量相对较大, 料气比相对较低, 难以有效控制输送量, 且输送的距离相对有限。 尤其对于密度较小、流动性较差且黏性较大的物料, 再运用文丘里供料器的时候需要格外注意。

3文丘里供料器的结构优化

纵然文丘里供料器具备上述诸多缺点, 然而其独特的优势仍然受到了人们的广泛好评。目前在稀相气力输送系统中, 文丘里供料器的应用也是相当普遍的。针对文丘里供料器的上述缺点, 我们试图对其结构进行适当的优化改进, 以便于确保物料输送的平稳性和连续性。具体优化措施如下:第一, 对于物料下落时的方向和输送方向垂直的问题, 我们可以将物料的入口改为和水平成一定角度的结构。这样一来, 不仅能够确保物料下落时具有一定的水平初速度, 还能够确保物料输送过程中不产生额外的动力消耗。第二, 对于物料输送量难以控制的问题。可以适当选取其他可以控制输送量的供料器, 并将其和文丘里供料器结合起来。例如我们可以选取旋转式供料器, 将其放置于文丘里供料器的上面。旋转式供料主要用于控制物料的输送量, 而文丘里供料器则负责物料的输送。文丘里作为气锁阀, 不仅能够避免旋转式供料器的空气泄露问题, 还能够确保物料连续的进行供应。因此在确保物料输送量的基础上, 应选取规格相对较低的旋转式供料器, 以便于降低整体成本。 第三, 对于喷嘴位置气流速度过高而带来的磨损现象, 应采取耐磨材料作为喷嘴。

综上所述, 气力输送系统的应用范围十分广泛, 而供料器作为气力输送系统中的必备装置, 其性能优劣直接关系到整个系统的输送功能。文丘里供料器因自动化程度高、成本低且环保等优势受到了人们的广泛好评, 在气力输送系统中的得到了普遍的应用。对于文丘里供料器的缺陷, 文章提出了相应的结构优化措施, 期望对于同行能够有所借鉴。

参考文献

[1]李光.炭黑密相旋转阀气力输送系统试验研究[D].青岛科技大学, 2013.

[2]李抗.新型组合式气力输送供料器压降特性研究[D].中南大学, 2010.

文丘里与劳奇 篇4

生物质热解气化是实现生物质资源能源化利用的有效途径之一,受到了广泛关注[1,2]。生物质在热解气化过程中不可避免的副产物—焦油已成为影响生物质燃气大规模开发利用的关键因素之一。生物质焦油是粘度较大的重质焦油,其存在不仅会导致生物质气化效率降低,严重时将堵塞、腐蚀设备管道,导致系统无法正常运行,存在安全隐患[3,4]。因此,必须寻求经济实用的除焦设备,解决生物质燃气利用过程中的焦油困境。

生物质热解气化燃气需要使用多级设备联合除焦(如喷淋塔、旋风分离器等)以使燃气中焦油等杂质含量控制在一定范围。对于中小型的气化系统,水洗法仍是目前应用最普遍的一种除焦方法,借助水与燃气焦油之间的碰撞、拦截和凝聚,使焦油气体冷凝成焦油液滴,并粘附于净化水液滴上分离出来。文丘里以其结构简单紧凑、体积小、占地少、价格低和除焦效率高等优点,已经广泛应用于生物质气化燃气除焦系统中[5],但至今未见关于文丘里脱除焦油液滴机理研究的相关报道。

本文从微观角度分析了文丘里高压水洗过程焦油颗粒捕捉凝结机理,采用CFD软件对文丘里除焦过程中流场特性进行了模拟分析,得出了文丘里净化过程中的压力变化和流场速度,分析了文丘里管内部流场对焦油捕捉的影响,最后对净化效果进行了试验验证。本文的研究可为文丘里除焦的设计和工程应用提供理论支撑和技术依据。

1 文丘里除焦机理分析

生物质燃气净化系统中的文丘里轴线竖直放置,气流携带焦油液滴从文丘里上端进入。在收缩段,洗涤液(水)经过喷嘴雾化形成水滴,焦油与水滴发生碰撞、拦截、扩散和吸收。因此,文丘里净化生物质燃气的过程是将焦油液滴从气流中转移到水中的过程。这种转移过程主要取决于3方面因素:①燃气和净化水滴之间接触面面积;②气体和水滴液体两种流体状态之间的相对运动;③焦油液滴颗粒与流体之间的相对运动。

对于水滴收集焦油过程做如下假设:①把焦油液滴视为一种惯性颗粒;②气体和液体具有同一速度方向,且有相对运动速度;③焦油颗粒与液滴碰撞后不发生反弹;④液滴有变形。

焦油液滴颗粒运动轨迹如图1所示。图1中用流线和轨迹表示气体和焦油颗粒的运动。由于惯性力,接近液滴的焦油颗粒将不随气流前进,脱离气体流线的焦油颗粒碰撞在液滴上,其脱离气体流线的可能性将随着颗粒惯性力的增大和流线曲率半径的减小而增加[6]。由假设③可认为所有接近液滴的颗粒在直径d0的面积范围内将与液滴发生碰撞,如图1所示。

在喉口段,由于高速气流摩擦力摩擦和焦油颗粒惯性力碰撞的作用,将迫使大粒径液滴破碎分裂成若干较小粒径的液滴,从而提高了焦油与水滴之间的碰撞机率。其分裂主要包括以下几个过程:①球面液滴变形为椭球面液滴(如图2所示);②进一步变形为倒立的伞形薄层;③伞形薄层分裂成较小粒径的液滴。

在扩散段,管径增大,颗粒与气流速度减小,液滴粒径较小,焦油颗粒与液滴发生如图1所示的碰撞后, 由于生物质焦油主要由非极性物质烃和烃的衍生物组成,吸湿性不强,焦油颗粒很难穿透水滴,如图3b所示;但其迫使水滴变形并积累在液滴表面,随后移向液滴背部的停滞点,并积聚在那里,如图3(a)所示。由于在接近椭球面液滴上面的流线曲率半径很小,故文丘里扩散段的除焦效率很高。而那些碰撞在接近液滴停滞点处的焦油颗粒将停留于此,因为在靠近前面停滞点处,液滴分界面处的切线速度趋向于零。

通过扩散段后,经气流的携带载有焦油颗粒的液滴将具有一定速度,由于惯性作用沉积于文丘里底部的缓冲器中,并随排水管排出,燃气经排气管排出。

2 数值模拟

2.1 文丘里的几何参数

根据350m3/h气化炉设计文丘里的几何结构模型如图4所示,其主要几何参数见表1。

2.2 数值求解

采用Fluent前处理建模软件Gambit对文丘里管和洗涤液进液管进行三维建模和网格划分。

在Fluent求解中,选取燃气为连续相,采用标准k-ε湍流模型;焦油液滴和雾化水滴为离散相,采用DPM模型分别设置一个injection。考虑离散相对连续相的影响,得到连续相收敛后,注入离散相求解其运动轨迹,然后再计算连续相直至收敛[7]。

为了使模拟结果更符合实际情况,在进行数值求解之前,还需要选取合适的边界条件和物料属性。

1) 边界条件设置:①进口条件为速度进口;②出口条件为自由出口;③壁面条件为无滑移边界条件;④在进水管出口以及文丘里接触处,采用interface交换信息。

2) 生物质燃气和焦油液滴物料属性设置如表2所示[8]。

2.3 模拟结果与分析

1) 文丘里管内压力分布。

图5为文丘里管内流场压力云图。从图5中可以看出,文丘里从顶部到底部气流出口压力呈现梯级分布的特点,同一横截面的管内压力具有较好的均匀性,并呈现先剧烈下降后缓慢回升的趋势。

在进水管和喷嘴处,由于管道和水滴的作用引起了一定的压力波动,高速气流冲击水滴有利于进一步雾化均匀,有助于焦油与水滴之间的碰撞、拦截。气流经过收缩段和喉口段收缩,文丘里顶部压力最大,收缩段以上为正压,随后压力沿轴向剧烈减小到负值,在喉口处压力最低,经过扩散段压力又有一定的回收。

2)文丘里管内速度分布。

文丘里管内气流的流场速度特性是文丘里高效净化焦油液滴的重要因素,图6为文丘里管内气流流速云图。

由图6可以看出,从文丘里顶部燃气进口至喉管段,气流的流动速度由于收缩段的收缩作用而剧烈升高,从10m/s增大到90m/s。气体流速的剧烈增大使气流冲击水滴雾化更加均匀,并提高了焦油与水滴碰撞的机率。

在扩散段,流通管径增大流速减小,由于喉口段高速气流的惯性作用携带焦油颗粒碰撞水滴,有利于焦油附着于水滴表面,提高拦截效率。

文丘里管壁处的气流流速明显低于管轴线部位的流速,说明文丘里管壁与气流的摩擦造成了一定的能量损耗,其体现在压力损失上。

3 试验

3.1 搭建试验台

为了对文丘里除焦净化效率和压力损耗进行评估验证,本文搭建了如图7所示的试验台。

1.气化炉 2.喷淋塔 3.测点A 4.文丘里 5.测点B 6.除雾器 7.风机 8.储气柜

3.2 试验步骤

图7中所示的气化炉产气量为350m3/h,气化炉产生的粗燃气在风机的引导下首先经过两级喷淋塔,随后进入文丘里净化设备。其中,文丘里入口燃气流速为10m/s,喉口流速为90m/s,液气比取3L/m3。分别在测点A,B测试文丘里前后燃气中的焦油含量,并计算文丘里除焦效率,共测试5次,每次测试燃气总量均为50L,持续时间为10min,时间间隔为20min。每次测试焦油时,分别观测记录测点A,B的压力读数,并计算压力差。

3.3 试验结果

经试验测试计算,文丘里除焦效率和压力损耗如图8所示。

由图8可以看出:在上述试验条件下,粗燃气经喷淋塔后通过文丘里二次净化,文丘里除焦效率越高,其压力损失越大。

文丘里除焦效率可达到90%以上,压力损耗约为7 500Pa,接近于文献报道的经验公式计算值,并与图5所示的数值模拟数据具有很好的一致性。

4 结论

1)文丘里管内压力场呈现分明的梯级分布特点,由文丘里顶部到底部具有先剧烈下降后缓慢回升的趋势。收缩段和喉口段压力较大,有利于水滴均匀分布雾化。

2)文丘里管内气流速度特性是其净化焦油液滴的重要因素,喉口段的气流速度最高,有利于雾化水滴与焦油的拦截和碰撞。

3)在喉口段与扩散段,文丘里的工作原理不同:喉口段主要是高速气流携带焦油颗粒碰撞水滴,使水滴雾化更加均匀,增大水滴与焦油碰撞机率;扩散段主要是发生焦油颗粒碰撞水滴,使水滴变形为椭球状,进而提高文丘里除焦效率。

4)本文研究的生物质气化燃气除焦系统中,文丘里除焦效率达90%以上,压力损失约为7 500Pa。根据文丘里管内流场特性和除焦机理,对文丘里进行进一步的有针对性的设计和优化,可提高文丘里去除生物质燃气中焦油的效率,并控制其压力损失。

摘要：针对文丘里净化去除生物质热解气化燃气中的焦油液滴问题,从微观角度分析了文丘里高压水洗过程焦油颗粒捕捉凝结机理。借助CFD软件Fluent对文丘里管内部流场进行了数值模拟,得出了文丘里管内部的静压场与轴向速度场;并对350m3/h的下吸式生物质固定床气化炉产气进行了净化除焦试验。结果表明:文丘里压力损失约为7 500Pa,焦油净化效率达90%以上。

关键词：生物质,焦油,文丘里,净化,流场

参考文献

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[7]韩占忠.FLUENT—流体工程仿真实例与计算[M].北京:北京理工大学出版社,2009:260-290.

文丘里管在流量控制应用中的研究 篇5

工艺系统中传统的流体流量控制通常采用流量仪表监测流量同时调节阀门的方式实现。在整个运行过程中需要随时监测流量并调节阀门以使流量满足要求。整个系统需要经过测量-比较-调节的反馈控制,因此需要一定的响应时间且实现控制的成本较高。这类传统的控制方法适用于较复杂的工艺控制,但对于一些简单的控制要求则显得成本过高。在某些特定的控制条件下,如维持流量恒定或避免流量过大,可采用更为简单和低成本的控制方案。使用汽蚀文丘里管对流量进行控制就是一种典型的流量控制策略。文丘里管利用汽蚀原理可以在下游压力发生变化时保持流量不变。与传统的流量控制手段相比,在特定条件下使用文丘里管进行流量控制具有响应快、成本低和可靠性高的优点。

1 文丘里管的工作原理

如图1所示,典型的文丘里管由渐缩管、喉部断面和渐扩管组成。当流体在渐缩管内速度增加时其压力下降;反之,流体在渐扩管内动能转变为压能,速度随压力的增加而减小。文丘里管进口和喉部的伯努利方程为[1]:

式中:p1和p2分别为断面1和2处流体的压力;z1和z2为断面1和2中心标高;v1和v2分别为断面1和2处流体的流速;ρ为液体密度;g为重力加速度。

在实际应用中文丘里管通常为水平布置,因此z1=z2。流体在断面1和2之间的流动还存在摩擦损失,使实际的流速小于理论流速。引入流量系数C以考虑摩擦因素,喉部的实际流速为Cv2。代入连续性方程:

式中A1和A2分别为断面1和2的面积。可得流量与喉部截面积的关系式:

2 汽蚀文丘里管的设计计算

可压缩流体通常使用拉法尔喷管进行流量控制。当入口压力保持恒定且喷管喉部出现阻塞流时,进一步降低下游压力无法提高流体的流量。可以通过类似的原理对不可压缩流体的流动进行控制。在文丘里管内当液体的静压低于汽化压力时,流体会快速地汽化。汽化对流体的流动造成了两个影响:①汽化大大增加了流体的体积,限制了流动;②汽化产生的气体在喉部出现了阻塞流[2]。因此当入口压力给定时,流体的流量不随下游压力的下降而增加。当流体进入文丘里管后部的渐扩管后,由于流速降低,压力回升到汽化压力之上使流体快速冷凝。因此利用文丘里管在喉部处的汽蚀现象可以对管路流量进行限流。

根据公式(3)可得出汽蚀文丘里管喉部面积。已知限流流量Q、入口压力p1和文丘里入口管道截面积A1,如给出相应流体的汽化压力p2,则可求出所需的喉部流通截面积A2。

以核电站某系统为例,管道和文丘里管入口面积A1为2.68E-03m2;入口压力p1为17.8MPa;介质为水,密度为998kg/m3;汽化压力p2为0.001MPa。要求在下游压力出现波动的情况下保证流量不超过39.7m3/h。根据公式(3),当文丘里管的喉部截面积为5.83E-05m2时喉部压力可以达到汽化压力。该工况下当下游压力继续降低时流量不会进一步增大。因此可以认为满足该喉部截面积要求的文丘里管可以达到控制流量的要求。

3 汽蚀文丘里管应用的进一步讨论

利用文丘里管的汽蚀原理可对流体流量进行控制,但其应用也存在一定的局限性和缺点。

①文丘里管的调节范围较小,仅能保证在下游流体压力不断下降的工况下,使流体总流量不超过预设值。但在其他流量范围内不具备流量调节功能。

②由于利用了汽蚀原理,因此文丘里管喉部段的磨损较大。如长期处于汽蚀状态运行,文丘里管需要频繁维护或更换[3]。

③由于利用了汽蚀原理,流体在局部出现了相变。因此其不适用于不允许流体相变的输送工况或工艺。

综上所述,利用文丘里管的汽蚀原理可以在一定工况下控制系统流量,而通过相关公式计算可以求出满足汽蚀要求的文丘里管喉部截面积。虽然汽蚀文丘里管在实际应用中存在一些问题和局限,但由于其结构简单和成本低的优点,其在工艺系统中具有广阔的应用前景。

摘要：文章通过对文丘里管工作原理的分析探讨了利用文丘里管汽蚀原理进行流量控制的应用。根据计算分析结果,在特定工况下当流体下游压力不断降低时,文丘里管可使流体流量维持不变。文章同时给出了文丘里管应用于流量控制工况时喉管截面积的计算公式并进一步讨论了其应用的局限性的缺陷。

关键词：文丘里管,喉部,汽蚀

参考文献

[1]吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]A.Ulas.Passive flow control in liquid-propellant rocket engines with cavitating venturi[J].Flow Measurement and Instrumentation,2006,17:93-97.

文丘里与劳奇 篇6

在电机试验中, 风量是一个很重要的参数, 风量直接影响到温升试验的结果。风量测量是否准确, 直接关系到试验结果的准确性。本文对文丘里流量计的测量原理和应用进行初步探讨。

1 风量测量的定义

风量就是单位时间内空气流经设备或管道某处横截面的数量, 又称作瞬时流量。当空气用体积表示时为体积流量, 计量单位为立方米/秒 (m3/s) , 当空气用质量表示时为质量流量, 计量单位为千克/秒 (kg/s) 。另外统计一段时间内的空气流经某处横截面的总量叫做累积流量, 可分为累积体积流量 (m3) 和累积质量流量 (kg) 。根据国家选定的非国际单位制单位分 (min) 、时 (h) 、升 (L) 、吨 (t) 也可以衍生出一系列计量单位, 我们现在试验常用的单位是立方米/分 (m3/min) 。

2 风量测量计算方程

试验中测量风量的计算方程通常为空气流动的连续性方程和伯努利方程。

2.1 连续性方程

在空气流经的管道中取一管段的两个截面Ⅰ和Ⅱ, 两处截面的面积、流体密度和流体的平均流速分别为A1、ρ1、u1和A2、ρ2、u2。则根据连续性方程得:

式中:u1、u2—截面Ⅰ和Ⅱ上流体的平均流速, m/s;

A1、A2—截面Ⅰ和Ⅱ的截面积, m2;

ρ1、ρ2—截面Ⅰ和Ⅱ上流体的密度, kg/m3;

2.2 伯努利方程

D.伯努利于1738年提出的理想正压流体在重力作用下作定常运动时, 沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒方程。因此命名为伯努利方程。

式中:g—重力加速度, m/s2;

Z1、Z2—截面相对基准线的高度, m;

p1、p2—截面上流体的静压力, Pa;

ρ——气体密度, kg/m3;

u1、u2—截面Ⅰ和Ⅱ上流体的平均流速, m/s。

3 风量测量方法

风量测量方法可以归纳为以下几类:

(1) 差压式流量测量法:利用伯努利方程的原理, 通过空气流动过程中产生的差压信号来测量出风量;

(2) 速度式流量测量法:通过直接测量空气流动速度来得出风量;

(3) 容积式测量:利用标准容积连续测量得出风量;

(4) 质量流量测量法:以测量空气的质量流量为目的从而得出风量。

4 风量测量仪器

电机试验, 风量要求一般在40~120m3/min, 适合使用压差流量计, 现场一般使用毕托管、文丘里管、孔板流量计等。

4.1 毕托管

毕托管 (pitot tube) 流量计属差压式流量计的一种。它的工作原理是伯努利方程, 即通过测量流体流动过程中产生所的差压值从而测量流速或流量。因此与其配套的显示仪表通常为U型管压力计、差压变送器、手持式压力计等差压式仪表。毕托管能测量管道中温度小于450摄氏度的各种气体或液体的流速和流量, 以及全压、静压和动压等技术参数, 在试验现场使用毕托管附带U型管流量计进行风量测量较为方便的方法。

4.2 孔板流量计

标准孔板是以能量守恒定律和流动连续性方程为原理, 它的结构是一块具有与管道同心的圆形开孔的圆板, 迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔, 顺流的出口呈扩散的锥形。其结构简单, 加工方便, 价格便宜。缺点是压力损失较大, 测量精度比较低, 只适用于洁净流体介质, 在测量大管径高温高压介质时, 孔板易变形, 不适合使用。

4.3 文丘里管测量

文丘里管测量方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为原理, 将测量管段制成渐缩渐扩管, 具有圆锥形的入口收缩段和喇叭形的出口扩散段, 避免了突然缩小和突然扩大, 它的压力损失最低, 具有较高的测量精度, 对流体中的悬浮物不敏感, 可用于污脏流体介质的流量测量, 在大管径流量测量方面应用的较多。

体积流量公式:

式中:Qv——气体流量, m3/min;

V1——气体流动的速度, m/min;

A1、A2——管道截面积, m2;

Δp——压差 (P2-P1) , Pa;

ρ——气体密度, kg/m3;

由于粘滞性等因素的影响, 上式需要乘一个小于1的修正常数。

5 文丘里流量计测量装置在试验现场的应用

将测量管段制成渐缩渐扩管, 避免了管道的突然缩小和突然扩大, 从而使阻力损失大大降低。这种管称为文丘里管。在距文丘里管开始收缩处之前至少1/2管径处设置上游取压口, 下游取压口通常设在文氏喉 (最小截面) 附近, 两取压口使用U压差计连接, 就构成文丘里流量计。文丘里管收缩角通常为15—25°, 扩大角一般为5—7°。由于它的渐缩渐扩结构使流体流速改变时不形成旋涡, 故阻力小, 永久压力降仅占压差读数的10%左右。

试验检测的主要目的是确定试验风道系统的实际流量, 为保证电机试验风量的准确性, 需使用测量直观, 精度高的测量设备。而且试验中使用的冷却风中含有一定的杂质, 故选用文丘里流量计进行风量测量。

试验现场采用55Kw变频调速异步电动机带动55Kw离心通风机运行从而产生最大21465 m3/h的风量, 进而满足牵引电动机试验的需求。

6 结束语

试验检测的主要目的是确定试验风道系统的实际流量, 为保证电机试验风量的准确性, 需使用测量直观, 精度高的测量设备。文丘里流量计具备测量直观, 精度高, 使用方便, 所以在试验现场作为主要的风量测量设备使用。但文丘里流量计的测量部分加工困难, 成本高, 安装复杂, 而且校核需要专业机构进行, 使其使用具有一定的局限性。现场日常工作中一般使用毕托管对文丘里流量计进行校核, 定期送专业机构进行校准, 从而保证试验结果的准确性和严密性。

摘要：对文丘里流量计的测量原理和在电机试验中的应用进行初步探讨。

关键词：风量,流量计,文丘里,仪器

参考文献

[1]GB/T 2624-93, 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[S].

文丘里与劳奇 篇7

蒸汽发生器传热能力的大小和效率高低, 直接影响着汽轮发电机组出力和整个核电厂的热效率, 主给水系统的流量大小是反映机组出力情况的重要依据之一。对于主给水系统的流量测量系统的要求是:既要使主给水在管道里顺畅通过, 准确测量出主给水系统管道里流量大小, 又不致引起较大的压力损失, 以提高效能。

1 系统结构及组成概述

以该核电厂二期扩建工程3号机组主给水系统文丘里管和孔板为例, 单台机组只有两个环路, 每台机组包含2台文丘里管和2台孔板, 分A列和B列布置, 并在实体上和电气上均进行隔离放置 (包括流量变送器在内) 。主给水流量测量系统由以下几个部分组成:主给水文丘里管、电容式差压变送器 (分宽量程和窄量程) 、标定孔板、显示和控制单元。其中以A列为例, 主给水流量测量系统结构图见图1。

主给水系统文丘里管和孔板在工艺结构上串行连接, 文丘里管在上游, 而孔板安装在下游。从厂房布置上文丘里管 (ARE009KD) 安装在NX厂房的主给水管道上, 每台文丘里管含3对取压孔 (正负压腔采用环室取压) , 每对取压孔又分出2个取压口, 通过6台差压变送器 (宽量程和窄量程变送器各3台) 用于测量主给水系统的给水流量;而主给水系统孔板 (ARE101KD) 安装在WX厂房, 仅仅在调试试验和运行期间用于对文丘里管测得的流量进行对比, 或在超雷诺数工况时检验文丘里管测得的流量。

2 文丘里管工作原理

由于文丘里管是主给水流量系统测量信号的源头, 又是整个测量系统的核心部件, 以下将对其测量原理进行介绍[1]。秦山二期扩建工程主给水系统文丘里管按照GB/T 2624—93 (国际标准ISO5167—1991) 标准中的粗焊铁板收缩段型经典文丘里管进行设计, 由上游直管段、环室取压孔、圆锥收缩段、圆筒喉部、喉部取压孔、圆锥扩散段和下游直管段依次连接而组成的取压装置 (文丘里管简图见图2) 。

主给水文丘里管的取压装置共包括3对正负取压孔, 取压孔之间按120°角均匀分布, 每一对取压孔都分两路, 并将各自测得的差压信号分别送往一个宽量程和一个窄量程差压式流量变送器。通过变送器将相应的流量信号送到主控室、给水流量调节系统、蒸发器水位调节系统、保护系统和ATWT系统。

3 主给水文丘里管的特点

根据GB/T 2624—93中对各种文丘里管特点的描述和比较, 三种常用类型的文丘里管流出系数不确定度参考值、缺点和适用范围见表1, 也是一般工程上选择采用何种文丘里管类型的基本依据。

根据表1, GB/T 2624—93中各种文丘里管主要特点, 某核电二期工程主给水系统文丘里管总体特点是一个要求耐高压、高测量精度、高运行年限 (正常运行40年以上) 的高技术要求的文丘里管[3]。

4 误差分析

考虑到主给水系统文丘里管实际工作范围, 本次标定试验考核的雷诺数范围为:0.80×106~1.56×106, 在分析和计算中选取的参数为后六个点。

误差分析和计算参数计算方法:

1) 各测点平均流出系数Ci的计算公式为:。

2) 标定值流出系数C标定值的大小为Ci中最大值和最小值的算术平均值, 计算公式为:

在表中可以看出最大值和最小值分别为C10和C7, 代入计算得出:C标定值=0.982 4。

3) 相对误差δCi/Ci (线性度e1i) 的计算公式为:

最终的相对误差大小为δCi/Ci中的最大值, 即δC/C=0.14%, 线性度e1=0.14%, 是误差分析和计算的必备元素。

4) 重复性e2i, 根据GB/T 2624—1993附件B中的计算公式B5, 如下:

其中, ta为置信度为95%的n次检定的t分布的置信系数, 在计算中ta是根据6次检定的进行分析和计算, 取ta=2.571, 而e2的大小同样取e2i中的最大值0.12%, 即重复性e2=0.12%, 是误差计算的必备元素。

5) 标定装置的精度e3, 国家权威计量部门对上海热工所的标定装置本身进行检定, 精度为:e3=0.105%。

6) e (Hi) 为差压测量装置的基本误差限, 标定试验中使用的是威尔泰变送器, 其精度经过检定满足0.1%的精度等级, e (ΔP) =e (Hi) =0.1%, 为变送器精度。

因此, 根据GB/T 2624—1993附件B中的计算公式B6, 对于文丘里管标定最终的流出系数不确定度e为:

该误差分析的结果显示, 主给水文丘里管流出系数的不确定度为0.3%, 远远高于GB/T 2624—1993标准中对粗焊铁板收缩段型 (卷板) 文丘里管规定的不确定度 (1.5%) 。该流出系数的不确定度 (0.3%) 即为整套节流装置的综合精度 (包含变送器、测量装置等的综合误差) 。

5 应用注意及优化建议

1) 由于文丘里管等节流设备会给系统带来压力损失, 而压力的损失将导致能量的无形损失, 进而直接影响到机组出力和热效率, 在设计和计算过程中一定要注意严格控制设计压力损失, 不能超过设计限值[2]。目前主给水文丘里管在18 k Pa左右 (远小于设计要求的30 k Pa) 。

设计时关于文丘里管前后直管段的设计, 提高机械加工的精度, 对于需要严格保证机械加工精度和尺寸的部件, 一定要采用高精度的加工设备, 根据现在的机加工行业水平, 一般要求将公差控制在0.05%以内, 以充分保障在机加工环节有很高的精度。

2) 重要参数选取, 对于文丘里管前后直管段的设计, 特别是管道内径在200 mm~1 200 mm的大口径文丘里管, 尽量将重要参数孔径比β控制在0.4~0.7之间 (本项目中文丘里管的β值为0.589) ;对于文丘里管的收缩段前直管道最小长度应不低于D (管道内径) , 保证进入收缩段的流体为稳定流体;而对于扩散段的加工一定将扩散角控制在7°~15°之间[2], 利于流体的平稳扩张, 避免压力突降, 也能有效地减少压力损失。

6 结语

通过以上对某核电二期工程3号机组主给水系统文丘里管及特点的介绍和实流标定分析, 可以看出该文丘里管适用于核电厂高温高压使用环境, 测量精度和压力损失指标都远高于国家标准的要求, 确保使用寿命能达到40年以上。因此该主给水系统的文丘里管在各项技术方面都满足核电站工艺系统的要求, 完全能胜任对主给水系统的流量测量工作。

摘要：详细介绍了高压文丘里管在核电厂主给水流量测量系统中的应用和标定情况, 提供了大量有价值的经验和数据, 对于核电站运行和维护人员加深对文丘里管的认识和优化应用起到了极大的作用。

关键词：核电厂,主给水系统,文丘里管,流出系数

参考文献

[1]GB/T 2624—1993, 流量测量节流装置用孔板、喷嘴、文丘里管测量充满圆管的流体流量[S].