GB/T 17805-1999 柴油机进、排气流量的测量

GB/'r17805-1999

台

前翔

本标准等同采用美国SAEJ244AUG92:1992柴《油机进气或排气流量的测量》。

本标准的技术内容与SAEJ244AUG92:1992相同，编写格式基本上与GB/T1.1-1993一致。原

标准按国际单位制和英制列出两种计量单位，根据我国情况，本标准只列出国际单位制计量单位。

本标准的附录A、附录B、附录C都是标准的附录。

本标准由国家机械工业局提出。

本标准由全国内燃机标准化技术委员会归口。

本标准负责起草单位：上海内燃机研究所。

本标准参加起草单位：上海柴油机股份有限公司、常柴股份有限公司、上海拖拉机内燃机公司、武进

柴油机厂、江苏江动集团有限公司、全椒柴油机总厂、郑州金牛集（团）股份有限公司、金马柴油机总厂、

山西车用发动机研究所。

本标准主要起草人：李贞、瞿俊鸣、昊冠群、魏善镇、王钢锋、谢力、禄君玉。

中华人民共和国国家标准

柴油机进、排气流A的测AGB/T17805-1999

Measurementofintakeairorexhaust

gasflowofdieselengines

1范围

本标准规定了在稳态试验工况下测量柴油机进气流量的推荐方法。所讨论的测f方法仅限于工业

上通常使用的计量系统和相关设备，特别是喷嘴、层流装置和涡街流量计。本标准规定了精确度指标，并

且阐明了设备的正确使用方法。有关测量柴油机排气质f流A的推荐方法在本范围内只占极小部分。

本标准的目的是提供在发动机试验室环境下正确测’量柴油机嫌烧空气流t的方法。

2参考资料

2.1引用文件

下列出版物在此规定范围内构成了本标准的一部分。应该使用SAE最新版本的出版物。

SAEJ177柴油机排气中二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物的测f

ASMEPTC19.5-4：1959（（流盘测A》

ISA1979ISBN87664-453-3指导手册试《验X:R精确度））

《流体测量仪表的原理和应用）(ASME，第六版，纽约，1971年）

{(GMR真径喷嘴》Voss,L.R．和Hollyer,R.N．通用汽车公司研究试验室Warren,MI1961年1月

《气体热力性质表》美国国家标准局1960年564号通告。

2.2缩略语和符号

2.2.1缩略语

abs—绝对值

cal—校正值

exh—排气

rpm—每分钟转数

vol—总容积

mo湿的

2.2.2符号

B—大气压力，kPa绝对值

C—流出系数

D—上游管径，mm

E—渐近速度系数

F,—面热膨胀系数

MW—分子量,kg/(kg·mole)

NH-霍奇森数

NR—雷诺数

国家质f技术监奋局1999-08-10批准2000-03-01实施

GB/T17805-1999

P—压力，kPa

Q—体积流kj,m3/s

RU—通用气体常数，8314.4J/(kg·K)

R—特定气体常数，J/(kg·K)

SW—排量,m3

T-温度，K

U—不确定度

V—速度，m/s

Y-膨胀系数

Z—压缩系数

b—系统误差

d—喷嘴喉部直径，mm

.f-频率，Hz

?h—单位时间质量流量，kg/s

t—环境温度，℃

P—绝对粘度，mPa一

p—喷嘴喉部直径比喉（部或孔口直径与导管直径之比）

P—密度，kg/m3

口—标准偏差

Y—空气比热比：1.40

AP—压差，kPa

2.2.3下标

A—绝对

t试验

mo-湿的

(test)—试验条件

(cal)—校正条件

L—泄漏

V-蒸气

I—仪表进口位置

2—仪表出口位置

3主要设备

3.1部件说明

无脉冲

鼓风机节流门c,B一大气状况

厂称压箱发动机

曰

厂六

K

鹦-「写

I尸3﹂尸

TT

，－．．J：；‘一

卜

﹂＿＿一习．J」

气流方向

－－．州司卜

可供设各的程序功能

图1部件框图

测t所孺部件如图1所示，说明如下

GB/T17805-1999

a)空气滤清器一仅当流量计需要时。

b）流量计一见第4章。

c)无脉冲鼓风机一选用，以恢复由流量计和温度控制器所引起的压力损失。

d)温度控制器一选用。

e）节流阀一控制发动机进气压力。

f)稳压箱一见3.2.

9）发动机。

h)P,,P,,P：和P4一压力传感器。

i)TT,,T,和T一‘温度传感器。

j）从稳压箱到发动机可采用软管连接，管子长度应保持最短；管径按最大流速选择，不得超过

90m/s。

k）节流阀一选用，用以控制发动机背压。该阀通常安置在消声器位置处，如不知消声器位置，建议

将该阀安装在距发动机排气法兰20倍排气管径处。

3.2稳压箱容积

由于柴油机的特性，在空气测量系统中可能会出现压力脉动。通常，系统中的脉动，对绝大多数空气

流量计量装置均会产生不利的影响，为了正确测量空气流量，必须对其进行控制。流t计和发动机进气

管之间的稳压箱可以通过减弱脉动使流量计免受影响。

3.2.1推荐的稳压箱最小容积应符合公式1（)的规定：

KXSW

vol（1）

rpmX/Stroke/Rev

式中：vol.-稳压箱容积，m3;

SW—单缸排量，L;

rpm—空气流量测量范围内的发动机最低转速，r/min;

Stroke/Rev—发动机每转一周的进气冲程数；

K—无因次常数。

推荐值为：

自然吸气柴油机，用喷嘴，18讯

自然吸气柴油机，不用喷嘴,90;

其它流量计和发动机，900

3.2.2如果试验数据表明发动机和流量计对稳压箱的容积不敏感，可不用稳压箱。以下检查有助于确

定压力脉动的影响。

a）应在流量计和稳压箱之间某点处测定脉动频率。

b)可用低压传感器或传声器检测脉动，将其输出送人窄带频率分析仪或快速傅里叶变换分析仪

<FFT）中进行分析。

c）用公式<2（）确定脉动影响；

Vol．．△尸·KHf

Q－

Nx（2）

尸A

式中：NH-霍奇森数；

Vol—流量系统容积脉（动源和流量计间的管路）,m3;

f一一脉动频率，Hz;

Q－一平均体积流量，m丫s;

OP—从脉动源到流量计的系统平均压降，kPa;

尸；—流量计处的平均绝对压力，kPa;

GB/T17805-1999

KH—单位换算系数，1.0,

d)霍奇森数N（H）应大于2才能使脉动引起的误差达到最小。对于空气流量测量系统，必须把流量

计与脉动源隔离，使脉动的影响减到最小，因为没有已知的修正系数。

e）对涡街流量计，重要的是要把流量计旋涡分离频率附近的脉动频率的振幅减至最小。

4测f系统

只要可能，应使用3.1所述的流量测量系统。流量计、无脉冲鼓风机、稳压箱、温度控制器和节流阀

可以组合在单个装置内。

4.1流量喷嘴

光滑收缩喷嘴是测量柴油机空气流量最常用的流量计之一。作为一种压差式流量计，其渐缩形进口

段平滑过渡成缩小的圆筒形截面或喉部。采用渐缩形进口的目的是要引导空气按照规定的方式均匀地

进人喉部。横截面缩小可使流动空气明显加速，并且在进口和喉部处产生压差。收缩段可以有多种形状。

美国机械工程师学会A（SME）的长径和短径以及真径喷嘴见〔附录A标（准的附录）〕，就是这些形式中

的几种实例。这些形式中每种喷嘴都具有相似但略有不同的流动特性，这是由于它们具有不同流出系数

的缘故。除此之外，每种喷嘴的流量计算都相同。可以假设本标准中的流量计均可用以测量柴油机在或

接近正常室温和压力下的空气流量。如果需要预测温度或压力极限，建议查阅流体计量手册。常用装置

如图2～图4所示。

大气温度t

与气流平行的最近壁面距离不小于工

注：当有数据表明5d和

大气压力B

lod对试验结果无明

显影响时可采用5d

气压计压差a尸

与气流垂直的最近壁

面距离不小于10d

图2从大气流人容器的喷嘴

大气温度t

大气压力B大气压力B

户一在同一横截面上设

个或更多喉口旋塞

最小为4d

A

酬从大气流人管子的喷嘴

出口取压接头管（子旋塞）

l│├───┐

气流

）│││

一│U一││

│｛；├───┤

唁一州│（喉口旋塞）在同一横截面上│

2个或更多喉口旋塞

注：a喷嘴有效尺寸。

图4管内喷嘴

cB/T17805-1999

4.1.1喷嘴选择

市场供应的喷嘴可以满足大多数试验的需要。通常需要选择几种不同喉部直径的喷嘴以援盖大多

数发动机的流t范围。

4.1.2校正

每只喷嘴及其相邻部分均应在整个流量范围内进行校正。符合图2的系统可取消管子部分；如果采

用ASME标准喷嘴，可用6.2.3所介绍的流出系数公式代替校正。空气流童测量的精确度直接取决于

校正的精确度见（6.2的误差源）。精确度指标取决于数据的用途。柴油机的进气流量系用于发动机若

干基本性能的计算，其精确度可能要求达到读数的2％以内。

有好几种方法适于校正喷嘴流t计。附录B标（准的附录）所述的容积箱装置是优先采用的方法。另

一种方法是把待校正的喷嘴流量计与以前已校正的流量计串接起来，记录它们在整个共同流量范围内

的相关数据。所需记录的数据见第6章。

当相邻管子部分发生变化，或者在喷嘴的收缩段或喉部出现磨损或污垢，建议对系统进行重新校正

和检查泄漏。只要注意使用和保持清洁，喷嘴流量计并不需要定期重新校正。

4.2层流流量计

计A元件由很多平行排列的窄流通道图（5)组成。其结构必须十分坚固，以确保在校试间隔期的正

常使用中有固定的几何形状。流量计的尺寸必须经过选择，使通过计量元件的气流在所有试验条件下均

是层流。当气流为层流时，流量计的压降就与通过流A计的气体流速成正比，而且时间平均压降与时间

平均体积流量成正比。当峰值流量保持在层流范围，并可读出实时平均压降时可用流盘计测量略有脉动

的流量。原则上，当精确度相同时，层流流量计适用的流量范围较压差式流I计大，因为其流童正比于压

降而不是压降的平方根。虽然层流流量计具有若干优点，但需要清洗和经常定期重新校正，以维持它的

精确度。

侧压接头金属外壳

画

流t直管段蜂窝侧t段

蜂窝件

图5层流元件的一般结构

4.2.1流量计选择

市场供应的流量计有最佳的设计性能，如能按照制造厂推荐的方法进行安装，均可保证得到层流流

动。如有制造厂建议，还应使用整流管和在取压旋塞内设置粘性阻尼器。

4.2.2校正

每只流童计应在整个流盘范围内进行校正。如果安装不符合流量计制造厂的建议，则流量计必须与

其邻接管路一起进行校正。空气流童测量的精确度直接取决于校正的精确度。精确度指标应由数据的

用途决定。柴油机的进气流量系用于发动机若干基本性能的计算，其精度可能要求达到读数的2％以

内。

有好几种方法适于校正层流流量计。附录B所述的容积箱装置是优先采用的方法。另一种方法是

GB/T17805-1999

把流量计与以前已校正的流量计串接起来，记录它们在整个共同流量范围内的相关数据。所需记录的数

据如第6章所述。由于内壁堆积污垢，使计量段的流量系数可能有变化，因此建议定期对流量计进行重

新校正。注意上游处的滤清和定期清洗，可以使重新校正的次数减至最少。

4.3涡街流量计

系用于检测流场中非流线型物体尾部所形成的一连串连续旋涡的频率的流量计。边界层的分离交

替出现在物体的一侧和另一侧。业已证明雷诺数大于1000.2000时旋涡分离频率只是流体速度的函

数。检测旋涡分离频率的方法有好几种，可因制造厂和用途不同而异。

4.3.1流量计选择

市场供应的流量计可以覆盖很大的流量范围。通过仔细估算和选择可以只用一只流量计覆盖发动

机的整个流量范围，因为量程比可达10：1和20:1，而精确度为读数的1000

4.3.2校正

市场上供应的涡街流量计一般备有在整个流量范围内使用的单一校正系数，应按照流量计在发动

机试验时的安装状况验证校正值。精确度指标应由数据的用途决定。柴油机的进气流量系用于发动机

若干基本性能的计算，其精确度可能要求达到读数的2％以内。当空气流量测量要求达到这一精确度

时，建议对该校正系数的变化进行修正，而不要只使用一个数字。

校正数据可以按最小二乘回归法用幂级数多项式表示，应该注意使最后得到的公式能精确表达校

正数据。最好的办法是用图解方法把公式和原始数据展示在同一图上。不应用该公式来计算校正范围

以外的流量。一般来说，用二阶或三阶多项式表示的公式可以使校正数据的精确度在0.500范围以内

参（考计算见6.4.1)0

有好几种方法适于校正涡街流量计。由于必须使流量计在安装处进行校正，需要串接一只已校正好

的流量计，诸如喷嘴装置，并记录它们在整个共同流量范围内的有关数据。所需记录的数据见第6章。

4.4其它流量计

除了上面提到的几种类型外还可以使用其它型式的流量计。但必须能校正到所需的精确度并且压

降不能过大。其它能够使用的流量计的例子有：

4.4.1孔板流量计

该流量计利用横截面的突变以产生压差。流量与该压差的平方根成比例。

4.4.2文丘里流量计

该流量计利用渐缩段、喉部和扩张段以产生压差。流量与该压差的平方根成比例。

4.4.3旋转式容积流量计

这种流量计的特征是有一个密封的但能自由转动的叶轮。叶轮的转速与体积流量成比例。

4.4.4杂类流量计

其它有可能使用、但不是常用的几种流量计是热线风速仪、机械式风速仪、热喷射流量计、箱式气量

表和可变截面流量计等。

测t系统准备

5.1空气计量系统的密封性试验

注意不得让未计量的空气进人发动机。当流量在20^-200kg/h范围内时，即使微小的泄漏也会导

致相当大的误差。在空气计量系统的任何部分见（图1)都会出现漏气。下述方法适用于确定典型计量系

统的泄漏量：

a)将系统两端盖住（图1)，根据其实际使用的情况进行加压或抽真空，直至达到约3kPa表压。关

掉气源，记录表压降至约1.5kPa的时间。

b）用下式计算泄漏量：

GB/T17805-1999

KL么尸vol

一一

Il：ne·“‘······一，一，二，，···……，……（3）

式中：rrc,—泄漏的质量流量，kg/h;

vol—系统容积，m8;

time—压力变化时间，s;

4P—压力变化量,kPa;

KL—单位换算常数，4.43X10'.

c）本标准的允许泄漏童为试验中被测最低空气流量的0.5％a

另一种测量泄漏量的方法是封住系统的两端，直接用图6所示装里测童泄漏量。根据实际使用状况

用调节阀调节流t，把系统加压到最大工作压力或减压到最小工作压力，便可从流量计上直接读出泄漏

1E，因为流人系统使系统保持恒压的补充空气就等于漏出系统的空气。

真空状态下的系统：

流t计气泉

系统

节流阁

尸少压力表

加压状态下的系统：

流f计气泵

系统

节流阀

尸）压力表

图6泄漏量测量装置