本标准规定了测量气体质量流量的临界流文丘里喷嘴的几何尺寸和使用方法。 GB/T 21188-2007 用临界流文丘里喷嘴测量气体流量 GB/T21188-2007 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS17.120.10
中华人民共和国国家标准　
GB/T21188—2007/ISO9300:2005用临界流文丘里喷嘴测量气体流量Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzles（ISO93002005,IDT）
2007-09-12发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局数码防伪
中国国家标准化管理委员会
2008-05-01实施
1范围
2术语和定义
3符号
4基本方程
4.1状态方程
理想条件下的流量
实际条件下的流量
临界质量通量
适用的场合
标准临界流文丘里喷嘴
一般要求
7安装要求
上游管线
上游大空间
下游要求
压力测量
排泄孔·
温度测量·
密度测量
计算出的气体密度
8计算方法
质量流量·
流出系数Ca
临界流函数C.和实际气体的临界流系数CR8.4
实测压力和温度与滞止条件的换算·..
8.5最大允许下游压力…·
9流量测量的不确定度·
总则·
9.2不确定度的实际计算·
临界流文丘里喷嘴的流出系数
附录A（规范性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（规范性附录）
各种气体临界流函数C.的数值表天然气混合物临界质量通量的计算附录D（规范性附录）
大气空气的质量流量修正因子
GB/T21188—2007/IS09300:20058
GB/T21188—2007/IS09300:2005附录E（规范性附录）
喷嘴喉部与上游管道直径之比β>0.25的临界流喷嘴临界质量通量的计算
附录NA（资料性附录）
附录NB（资料性附录）
参考文献
检验规则
临界流喷嘴
........
GB/T21188—2007/ISO9300:2005本标准等同采用IS09300：2005《用临界流文丘里喷嘴测量气体流量》。本标准等同翻译ISO9300：2005（英文版）。本标准在制定时按GB/T1.1一2000《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》和GB/T20000.2一2001《标准化工作指南第2部分：采用国际标准的规则》的有关规定做了如下编辑性修改：
删除了ISO9300：2005国际标准的前言；—将“本国际标准”改成“本标准”；一将ISO9300：2005国际标准中作为小数点的逗号“，”改为小数点“.”；——第5章中的“（见9.5)”更正为“（见7.5)”；——原文E.2\修正因子”一节中第三小段“.…（β在0.15～0.5之间”更正为“...…（β值在0.25～0.5之间)”；
一本标准根据国内的具体情况，增加了附录NA检验规则”和附录NB\临界流喷嘴”。本标准的附录 A、附录 B、附录 C、附录D、附录 E为规范性附录，附录 NA和附录 NB为资料性附录。
本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第一分技术委员会归口。本标准负责起草单位：中国计量科学研究院。本标准参加起草单位：国家水大流量计量站、北京市计量测试所、浙江余姚市银环流量仪表有限公司、天津市润泰自动化仪表有限公司、哈尔滨第一工具有限公司油田工具分公司。本标准主要起草人：徐英华、王自和、王东伟。本标准参加起草人：杨有涛、朱家顺、童复来、王耀庭。本标准为首次发布。
1范围
GB/T21188-2007/ISO9300:2005
用临界流文丘里喷嘴测量气体流量本标准规定了测量气体质量流量的临界流文丘里喷嘴（CFVN)的几何尺寸和使用方法（系统中的安装和工作条件），并给出了计算流量及其不确定度所需的资料。本标准适用于气流在喉部加速到临界速度(等于局部音速)、且仅在喉部存在单相气体定常流的文丘里喷嘴。在临界速度下，流过文丘里喷嘴的气体质量流量是实际上游条件下可能达到的最大流量。临界流文丘里喷嘴只能在规定的喷嘴喉部对入口直径之比和喉部雷诺数的限值范围内使用。本标准所涉及的临界流文丘里喷嘴已做过大量的直接校准试验，能保证给出的临界流文丘里喷嘴流出系数在某个可预测的不确定度限值内。
本标准给出的资料适合于下述情况：临界流文丘里喷嘴的上游管线为圆形横截面的管线；或者临界流文丘里喷嘴的上游，或成组安装的一套临界流文丘里喷嘴的上游可以看成是一个大空间。这种成组配置为临界流文丘里喷嘴的并联安装提供了可能性，因此可以得到更大的流量。对于高准确度测量，本标准论述了用于低雷诺数下的精确加工临界流文丘里喷嘴。2术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。2.1压力测量
wallpressuretapping
管壁取压口
管壁上钻成的孔，其边缘与管道内表面平齐。注：应使取压口中的压力为管道在这一点上的静压。2.1.2
气体静压staticpressureofagas用连接在管壁取压口上的压力表所测量到的流动气体的实际压力。注：本标准中所使用的均为绝对静压值。2.1.3
滞止压力stagnationpressure
流动气体以等摘过程达到静止状态时所存在的气体压力。注：本标准中所使用的均为绝对滞止压力值。2.2温度测量
静态温度
statictemperature
流动气体的实际温度。
注：本标准中所使用的均为绝对静态温度值。2.2.2
滞止温度stagnationtemperature流动气体以等摘过程达到静止状态时所存在的气体温度。注：本标准中所使用的均为绝对滞止温度值。1
GB/T21188—2007/ISO9300:20052.3文丘里喷嘴
文丘里喷嘴Venturinozzle
安装在系统中用于测量流量的收缩/扩散节流件。2.3.2
普通加工文丘里喷嘴
normallymachinedVenturinozzle由车床加工并经表面抛光达到所需光滑度的文丘里喷嘴。2.3.3
精确加工文丘里喷嘴
accuratelymachinedVenturinozzle由超精密车床加工，无需抛光即可达到镜面粗糙度的文丘里喷嘴。2.3.4
喉部throat
文丘里喷嘴中直径最小的部分。2.3.5
临界流文丘里喷嘴criticalflowVenturinozzleCFVN
喷嘴的几何形状和使用条件使其喉部流量达到临界值的文丘里喷嘴。2.4流量
量massflow-rate
质量流量
单位时间内流过文丘里喷嘴的气体质量。注：本标准中术语“流量”始终指的是“质量流量”。2.4.2
throatReynoldsnumber
喉部雷诺数
根据气体流量和喷嘴入口滞止条件下的气体动力黏度计算出的无量纲参数。注：取滞止条件下的喉部直径作为特性尺寸参数。喉部雷诺数以下式表示：Reat = 40
等摘指数isentropicexponent
在基本可逆绝热(等摘)变换条件下，压力的相对变化与密度的相对变化之比：注1：等摘指数由下式给出：
式中：
气体的绝对静压力；
气体的密度；
局部音速；
x()。
S—表示“等摘条件下”
注2：对于理想气体，等于比热容比，并且对于单原子气体等于5/3；对于双原子气体等于7/5；对于三原子气体等于9/7等。
注3：在实际气体中，分子之间的作用力以及分子所占据的体积对气体的特性具有不可忽略的影响；在理想气体中，分子之间的作用力和分子所占据的体积可略去不计。2
流出系数
dischargecoefficient
GB/T21188--2007/ISO9300:2005Ca
实际流量对无黏性气体理想流量的无量纲比值。该理想流量是在相同的上游滞止条件下按一维等摘流动而获得的。
注：该系数是对黏性和流场曲率影响的修正。对于本标准中所规定的各种喷嘴结构和安装条件，它仅是喉部雷诺数的函数。
临界流critical flow
在给定上游条件下可能存在的特定文丘里喷嘴的最大流量。注：当存在临界流时，喉部流速等于局部声速值(音速)，小的压力扰动以此速度传播。2.4.6
临界流函数
critical flow function
表征文丘里喷嘴的入口与喉部之间等摘和一维流的热力学流动特性的无量纲函数。注：它是气体特性和滞止条件的函数(见4.2)。2.4.7
实际气体临界流系数realgascriticalflowcoefficientCR
临界流函数的另一种形式，对气体混合物更为实用。注：它与临界流函数的关系为：2.4.8
criticalpressureratio
临界压力比
流经喷嘴的气体质量流量为最大值时，喷嘴喉部处静压与滞止压力之比。注：此比值按8.5给出的公式计算。2.4.9
back-pressureratio
背压比
喷嘴出口静压与喷嘴上游滞止压力之比。2.4.10
马赫数Machnumber
在喷嘴上游静态条件下，流体平均轴向速度与上游取压口处的音速之比。2.4.11
压缩系数
compressibilityfactor
用数字表示在给定的压力和温度条件下实际气体的性质与理想气体定律不一致的修正系数。注：它由下式确定：
其中，R是通用气体常数，等于8.31451J/(mol·K)。2.5
uncertainty
不确定度
与测量结果相关，表征被测量合理赋值的离散度的参数。3
GB/T21188—2007/ISO9300:20053
(p2/po);
文丘里喷嘴出口的横截面积
文丘里喷嘴喉部的横截面积
流出系数
实际气体一维流的临界流系数
实际气体一维流的临界流函数
理想气体一维等摘流的临界流函数上游管道的直径
文丘里喷嘴喉部的直径
摩尔质量
上游取压口处的马赫数
喷嘴入口处气体的绝对静压
喷嘴出口处气体的绝对静压
喷嘴入口处气体的绝对滞止压力明
喷嘴喉部处气体的绝对静压
理想气体一维等摘流的喷嘴喉部处气体的绝对静压理想气体一维等嫡流的喷嘴出口静压对喷嘴入口滞止压力之比质量流量
非粘性气体一维等摘流的质量流量通用气体常数
喷嘴喉部雷诺数
喷嘴入口的曲率半径
临界压力比pa/po免费标准bzxz.net
相对不确定度
喷嘴人口处气体的绝对温度
喷嘴人口处气体的绝对滞止温度喷嘴喉部处气体的绝对静态温度喉部音速；喷嘴喉部临界流速度压缩系数
直径比d/D
比热容比
绝对不确定度
等摘指数
滞止条件下气体的动力黏度
喷嘴喉部处气体的动力黏度
喷嘴入口处滞止条件下的气体密度喷嘴喉部的气体密度
M=质量；
L=长度；
T=时间；
8=温度。
与相应的量相同。
无量纲
无量纲
无量纲
无量纲
无量纲
ML-1T-2
ML-1T-2
ML-IT-2
ML-1T-2
ML-IT-2
无量纲
ML2T-2@-1
无量纲
无量纲
无量纲
无盘纲
无量纲
无量纲
无量纲
ML-1T-1
ML-IT-1
SI单位
kg·mol-1
kg · s-!
kg · s-
J·mol-\K-1
m· s~1
kg·m-3
4基本方程
4.1状态方程
实际气体的特性可用下式表述：P
理想条件下的流量
要使理想临界流量存在，必须具备3个主要条件：a）流动必须是一维的；
流动必须是等嫡的；
c）气体必须是理想的（即Z=1和k=)在这些条件下，由下式得到临界流量：或
式中，
4.3实际条件下的流量
在实际条件下，临界流量的公式为：或
QmiAn.C.Wpopo
Qm= AatCgCRpopo
CR = C. Z。
式中，Z。为上游滞止条件下的压缩系数值：Z。= poM
poRT。
GB/T21188—2007/ISO9300:2005·（1）
·（2）
·（3）
（4）
（5）
（6）
（8）
应当注意，C.和CR并不等于C.;，因为气体并不是理想的。由于流动不是一维的而且由于黏性效应而存在一个边界层，所以C小于1。4.4
临界质量通量
对于理想条件下的流量，临界质量通量等于A
对于实际条件下的流量,临界质量通量等于A%Cq
适用的场合
应对每种应用场合进行评估，以确定临界流文丘里喷嘴或某些其他装置是否最为适用。一个重要的考虑因素是流过文丘里喷嘴的流量与下游压力无关（见7.5)，但下游压力应在文丘里喷嘴可用于临界流测量的压力范围内。
GB/T21188--2007/ISO9300:2005其他需要考虑的因素如下：
对于临界流文丘里喷嘴，只需测量临界流文丘里喷嘴上游的气体压力和温度或密度，因为喉部条件可根据热力学因素进行计算。
对于给定的上游滞止条件，临界流文丘里喷嘴喉部中的速度为最大可能值，因此除了临界流文丘里喷嘴入口部分不应存在的旋涡以外，对其他安装影响的敏感性减为最小。把临界流文丘里喷嘴与亚音速差压式流量计相比较，可以发现就临界流文丘里喷嘴而言，流量与喷嘴上游滞止压力成正比，并不像亚音速流量计那样是与实测的差压值的平方根成正比。给定临界流文丘里喷嘴所能达到的最大流量范围通常是由人口压力范围所限定，该人口压力范围要高于流动成为临界状态时的入口压力。迄今为止临界流文丘里喷嘴最为普遍的应用场合是测试、校准和流量控制。6标准临界流文丘里喷嘴
6.1一般要求
6.1.1材料
应根据预定用途采用合适的材料制造临界流文丘里喷嘴。需要考虑的因素有：a）材料应能按规定条件精加工（如6.1.2和6.1.3所规定的那样）。不宜采用含有凹痕、气孔和夹有杂质的材料。
材料及其表面处理应不受预定使用气体的腐蚀。b）
材料的尺寸应稳定，并具有确定的可复现热膨胀特性(假如使用时的温度不同于测量喉部直径c
时的温度），以便能对喉部直径作适当修正。6.1.2喉部和入口表面精加工
临界流文丘里喷嘴的喉部和喇叭形入口至锥形扩散段应进行光面精加工，以使普通加工和精确加工临界流文丘里喷嘴的算术平均粗糙度Ra分别不超过15X10-°d和0.04μm。临界流文丘里喷嘴的喉部和喇叭形入口至锥形扩散段应无污垢或其他任何污染物。对于普通加工临界流文丘里喷嘴，允许使用喉部有直径台阶的喇叭形喉部临界流文丘里喷嘴，该直径台阶应不大于喉部直径的10%。6.1.3锥形扩散段
应检验临界流文丘里喷嘴锥形扩散段的形状，以保证任何台阶、不连续性、不规则性和不同轴度都不超过该处直径的1%。锥形扩散段的算术平均粗糙度Ra应不超过10-*d。6.2结构
6.2.1总则
标准临界流文丘里喷嘴有两种结构，亦即喇叭形喉部文丘里喷嘴和圆筒形喉部文丘里喷嘴。精确加工文丘里喷嘴应采用喇叭形结构。6.2.2喇叭形喉部文丘里喷嘴
6.2.2.1喇叭形喉部临界流文丘里喷嘴应符合图1的规定。6.2.2.2为了确定临界流文丘里喷嘴测量系统其他元件的位置，临界流文丘里喷嘴的入口平面定义为：垂直于对称轴线、在直径等于2.5d士0.1d的人口处横切的平面。6.2.2.3临界流文丘里喷嘴的收缩段（入口）应是一段圆环面，它从入口平面一直延伸到最小面积的横截面处（喉部)与扩散段相切。入口平面（见6.2.2.2)上游的入口廓形，除了要求每个轴向位置所对应的内表面直径大于或等于喇叭形廊形延伸部分的直径外，无其他规定。6.2.2.4位于入口平面和扩散段之间的临界流文丘里喷嘴的喇叭形表面（见图1)与圆环面形状的偏6
GB/T21188—2007/IS09300:2005差应不超过士0.001d。在对称轴所处平面内，该喇叭形表面的曲率半径r。应为1.8d～2.2d。6.2.2.5临界流文丘里喷嘴下游与圆环面相切的扩散段是一个具有2.5°～6°半角的平截头圆锥体。扩散段的长度应不小于喉部直径。6.2.2.6使用按本标准制造的临界流文丘里喷嘴测量流量，其不确定度主要取决于喉部横截面积的不确定度。喇叭形喉部临界流文丘里喷嘴的喉部直径难以精确测量，尤其是小口径临界流文丘里喷嘴，因此应特别小心。
0.9D~1.1D
图中：
1一一人口平面；
2——喇叭形表面和扩散段的结合处；2.5~6.0
3--—压力仪表的位置。
a在此区间，普通加工和精确加工文丘里喷嘴的算术平均粗度Ra应分别不超过15X10-d和0.04μm，并且廊形与喇叭形状的偏差应不超过士0.001d。b在此区间的算术平均粗糙度Ra应不超过10-*d。人口曲面应在此廊形外。
图1喇叭形喉部文丘里喷嘴
6.2.3圆筒形喉部文丘里喷嘴
6.2.3.1圆筒形喉部临界流文丘里喷嘴应符合图2的规定。6.2.3.2入口平面定义为：与临界流文丘里喷嘴入口廊形相切并垂直于喷嘴中心线的平面。6.2.3.3临界流文丘里喷嘴的收缩段（入口)应是一个1/4圆环面，其一端与人口平面（见6.2.3.2)相切，另一端与圆筒形喉部相切。圆筒形喉部的长度和1/4圆环面的曲率半径r。都应等于喉部直径。6.2.3.4临界流文丘里喷嘴的人口喇叭形表面与圆环面形状的曲面偏差应不超过士0.001d。6.2.3.5应根据圆简形喉部出口段截面的平均直径计算流量。确定平均直径时应测量圆简形喉部出口至少4个等角分布的直径。喉部长度内任何一个直径与平均直径的偏差均应不超过士0.001d。喉部长度与喉部直径的偏差应不超过0.05d。目检1/4圆环面与圆简形喉部之间的连接处应无缺陷。如果观察到连接处有缺陷，应检查整个入口表面(1/4圆环面和圆简形喉部),对称轴所处平面中的局部曲率半径决不能小于0.5d。图3说明了这项要求。入口和喉部的全部表面都应适当抛光，使算术平均粗糙度Ra不超过15X10-d。圆简形喉部和扩散段之间的连接处亦应目检而观察不到缺陷。7
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