阀门流量系数和流阻系数计算式中量单位的分析
倪 平

(宁波埃美柯铜阀门有限公司,浙江宁波315020)

摘要 分析了公英制流量系数单位的导出过程和计算式的转换过程,探讨了多项标准的流量系数定义和计算式中量的单位。同时分析并提出修正流阻系数计算式及流量系数和流阻系数关系式。建议在阀门流量系数的通用计算式中引入公英制单位换算系数,用介质的相对密度代替密度。

关键词 阀门;流量系数;流阻系数;量的单位;相对密度

中图分类号:TH134 文献标识码:A

1 概述

在JB/T5296的流量系数和流阻系数计算式中,量的单位问题引起争议。①例如,ρ定义为介质密度,单位为kg/m3 (取ρ=1)。既然ρ的单位符号为kg/m3 ,却取ρ=1。假如介质密度ρ=982kg/m3 ,取值是982还是1,或者是0.982。②流量系数C的单位是否为m2 ,其与KV等值,还是与CV等值。③按JB/T5296式(2)计算的流阻系数值仅为通常所知参考值的1%。④选用JB/T5296式(3)计算的流量系数值与式(4)竟相差36 000倍。因此分析公英制流量系数单位的导出过程及计算式的转换过程,探讨流阻系数计算式以及流量系数和流阻系数关系式的推导过程,对深入了解合理处置计算式中量的单位及相互换算等问题是必要的。

2 流量系数CV(美)计算式中量的单位

2.1 流量系数CV(美)的定义和计算式

ISAS39.2中对流量系数CV定义,在通过阀门的压力降为1lbf/in.2的标准条件下的流量值(gal/min)。表达式为CV =Q GΔp (1)式中 Q———流量, USgal/minG———相对密度(密度为0.036 15lb/in.3时,G=1)■p———压力损失, lbf/in.2

2.2 流量系数CV(美)的单位

CV的直接导出单位是US gal/min·(lbf/in.2 )-1 /2 ,文献〔1〕认为, CV的单位是日常很少用的in.4·min-1·lbf-1/2 ,这是将美制容积流量单位USgal/min换算成英制体积流量单位in.3 /min后导出的。由于量的单位不是美国通用计量单位,因此流量系数CV的数值被定义为在标准条件下与流量Q量值的系数等值同名,而没有指出其实际导出单位,直接用量的数值表示量值,如CV =1。这给流量系数单位的认定和应用、公英制流量系数单位和量值的换算以及计算式的转换带来不便和模糊信息,引发误解和争议。

3 流量系数C计算式中量的单位

3.1 流量系数C的定义和计算式JB/T5296中对流量系数C定义,水流经阀门的两端压差为100kPa时,某给定行程所流过以m3 /h计,介质密度取kg/m3的流量数值,单位为m

式中 ρ———介质密度(取ρ=1), kg/m

3.2 流量系数C的单位

导出量的单位应根据其定义的单位制由计算式直接导出。或根据导出量定义的单位转换成相应的基本量单位后间接导出。但如对数值方程式业己指定的基本量单位做出另外的选择或转换,就有可能改变流量系数量值的数值。己知Q=1m3 /h,ρ=1 000kg/m3 ,■p=1bar,求C。

(1)按定义的基本量单位制导出流量系数

(1)按定义的基本量单位制导出流量系数

■p=1bar/100kPa=100kPa/100kPa=1,取ρ=1,代入式(2)

由于错误的以100kPa度量取值,使■p在计算式中由定义的压差值变异成相对压力值(相对于100kPa的倍数),从而使流量系数导出了与流量相同的计量单位,使C和Q这两个不同的变量在计算式中成了同类项。按定义的基本量单位制导出的流量系数C的单位m3 /h表示的是体积穿过一个面的速率,不能显示出“压降下”的规定条件,故不符合流量系数定义,而只能作为体积流量单位。同理,API6D-2008中定义流量系数KV用SI单位m3 /h表示也是不适合的。在原文的KV定义中没有指明流量Q的单位,使计算式无法运算,这是个不完整的定义。因此将此注解理解成原文对KV定义中体积流量单位空缺的补充说明更为合理。既然定义的基本量单位制导不出定义的单位m2 ,又不能导出合理的导出量单位,故定义的基本量单位并不适合。

(2)改变定义的基本量单位制

取ρ=1 000kg/m3 ,p=1bar=105Pa=105 kg/(s2·m),代入(2),则

更改定义的基本量单位制,虽然可以间接导出定义的m2 ,却改变了KV量值的正常数值,将CV与KV量值的数值比由1CV≈1.156KV转变成1CV≈3.6×104KV,这是不能接受的。尤其是与面积相同且能与其相加减的单位m2 ,并不能代表流量系数实际物理意义,容易对定义发生误解。因此定义m2作为导出量单位也不适合。

(3)采用相对密度d并取■p单位为bar

m3 /h·bar-1 /2是个组合形式单位,虽其为非SI的法定计量单位,但与USgal/min·(lbf/in.2 )-1/2一样,均保持了各自计算式的一贯单位制,与CV量值的数值比符合公认的1CV≈1.156KV。因此以m3 /h·1·bar为基本量单位制符合定义的要求。GB/T17213和BSEN1267在式中以试验介质密度ρ1与4℃时水的密度ρ0的比值代替ρ,这样ρ1、ρ0在计算式中就可按kg/m3为单位取值了,但ρ1 /ρ0组合形成的独立基本量其实质却是相对密度d,基本量单位制和导出量单位仍没有改变。