ISO 5221:1984
(Main)Air distribution and air diffusion — Rules to methods of measuring air flow rate in an air handling duct
Air distribution and air diffusion — Rules to methods of measuring air flow rate in an air handling duct
Gives different methods of measuring air flow rate in an air handling duct which, without the need of calibration, meet various specific requirements in the field of air distribution and air diffusion. For the purpose of this standard an "air handling duct" is defined as a tight section of ductwork which cross-section may be circular or, excluding for Pitot-static tubes, rectangular.
Distribution et diffusion d'air — Règles pour la technique de mesure du débit d'air dans un conduit aéraulique
General Information
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International Standard
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATlON.ME)I(L1YHAPO~HAR OPrAHH3ALWlR IlO CTAH~APTkl3AL&lM~RGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Air distribution and air diffusion - Rules to methods
of measuring air flow rate in an air handling duct
Distribution et diffusion de l/air - Rkgles pour la technique de mesure du d&bit d/air dans un conduit akaulique
First edition - 1984-01-15
UDC 697.922 : 533.6.08
Ref. No. IS0 5221-1984 (E)
Descriptors : air distribution, air diffusion, air flow, flow rate, flow measurement, aeraulic pipes, flowmeters, Venturi tubes, Reynolds number,
dimensions, dimensional tolerances, characteristics.
Price based on 33 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of developing International
Standards is carried out through IS0 technical committees. Every member body in-
terested in a subject for which a technical committee has been authorized has the right
to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council.
International Standard IS0 5221 was developed by Technical Committee ISO/TC 144,
Air distribution and air diffusion, and was circulated to the member bodies in July
1980.
It has been approved by the member bodies of the following countries :
South Africa, Rep. of
Australia Ireland
Austria Italy Sweden
Belgium Korea, Rep. of United Kingdom
Czechoslovakia Norway USA
Finland Poland
France Romania
No member body expressed disapproval of the document.
0 International Organization for Standardization, 1984
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
Contents
Page
0 Introduction . 1
.......................................... 1
1 Scope and field of application
.......................................................... 1
2 References
.................................................... 1
3 Proposeddevices
2
4 General formulae of calculation .
2
5 Symbols and units .
................ 2
6 General conditions for the installation of the various devices
................. 2
6.1 Subsonic pressure-difference devices (devices 1 to 12)
........................ 5
6.2 Venturi-nozzles with sonic throat (devices 13)
5
6.3 Pitot-static tubes (devices 14) .
......... 6
7 Characteristics and employment limitations of the different devices.
....... 6
7.0 Common characteristics of devices under clauses 7.1,7.2 and 7.3
11
7.1 Orifice plates with corner taps .
11
7.2 Orifice plate with flange taps .
.............................. 11
7.3 Orifice plates with D and D/2 tappings
12
7.4 ISAl932nozzle .
14
7.5 “Long radius” nozzles .
16
7.6 Classical Venturi tube. .
17
7.7 Venturi nozzle .
18
7.8 Conical entrance orifice plate .
19
7.9 “Quarter-circle” orifice plate .
21
7.10 Inlet orifice plate .
7.11 Inlet “Quarter circle” nozzle. . 22
7.12 Inletcone . 23
24
7.13 Venturi-nozzles with sonic throat .
7.14 Pitot-static tubes . 26
32
Annex. .
........................................................ 33
Bibliography.
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
This page intentionally left blank
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD IS0 52214984 (E)
Air distribution and air diffusion - Rules to methods
of measuring air flow rate in an air handling duct
For the purpose of this International Standard an “air handling
0 Introduction
duct” is defined as a tight section of straight ductwork such
that the general conditions for device installation can be met.
These rules result from several special considerations, which
The cross-section of the duct may be circular or, excluding for
should be kept in mind :
device 14, rectangular.
a) The fluid is air, its temperature and pressure being
almost those at ambient conditions.
2 References
b) Since the flow rates are sometimes relatively small, the
Reynolds numbers to be considered may sometimes corre-
I SO 3966, Measurement of fluid flow in closed conduits -
spond to relatively small values (for instance some
Velocity area method using Pitot static tubes.
thousands).
IS0 5167, Measurement of fluid flow by means of orifice
c) The widest possible freedom of choice is provided in
plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-
order to have methods which can be applied either to
set tion conduits running full.
laboratory testing or to site testing.
d) The methods of measuring air flow rates in a duct have
3 Proposed measuring devices
reached a higher degree in the matter of accuracy than is
sometimes necessary for the requirements of air distribution
This International Standard proposes the use of one of the
and air diffusion.
following devices :
This International Standard, partially derived from International
1) Orifice plate with corner taps (see 7.0 and 7.1)
Standards already published (see clause 21, has been prepared
taking into account these considerations but without keeping all
2) Orifice plate with flange taps (see 7.0 and 7.2)
the specifications because of the reduced requirements concern-
ing uncertainty on flow quality which are limited to a value of
3)
Orifice plate with D and D/2 tappings (see 7.0 and 7.3)
+ - 2 % or even more for some devices (see clauses 7.8 and 7.9).
4) ISA 1932 nozzle (see 7.4)
The values indicated for the uncertainty of the coefficients
given must be increased for the uncertainty of the air flow rate
“Long-radius” nozzle (see 7.5)
5)
itself when inappropriate manometers are used.
6)
Classical Venturi tube (see 7.6)
Finally it should not be forgotten that the values which are
mentioned throughout this International Standard would be
7) Venturi nozzle (see 7.7)
seriously in error if the flow approaching the measuring device
is not free from swirl and that some of the measuring devices
8) Orifice plate with conical entrance (see 7.8)
herein described do not offer any guarantee on this point
without the addition of a suitable accessory.
9) “Quarter circle” orifice plate (see 7.9)
In cases where low Reynolds numbers occur and where reduc-
ed requirements concerning accuracy are acceptable, such as 10) Orifice plate located at the inlet end of the system
measurement of leakage flow rates, special information has (see 7.1,0)
been given in an annex to this International Standard.
11) “Quarter circle” nozzle located at the inlet end of the
system (see 7.11)
1 Scope and field of application
12) Inlet cone (see 7.12)
This International Standard gives different methods of measur-
ing air flow rate in an air handling duct which, without the need
13) Venturi nozzle with sonic throat (see 7.13)
of calibration, meet various specific requirements in the field of
air distribution and air diffusion. 14) Pitot-static tube (see 7.14)
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IS0 5221-1984 (E)
4 General formulae of calculation where E is the correction fact
:or for compressibility which can
be determi ned by the relation
These devices depend on three different principles :
2 l/2
-1 Ap
1 AP
,---+Y -
a) for the first twelve devices mentioned, the flow rate = r
& / \l
measurement requires the measurement of the differential 2Y P
w2 \p /1
1.
pressure Ap between the upstream and the downstream (or
in which
throat) sides of the device,
pressure
Ap is the differential indicated by the Pitot-static
b) for the thirteenth device, the air reaches a velocity equal
tube;
to the speed of sound at the throat and the flow rate
measurement thus requires only knowledge of the state of
is the density of air;
the fluid upstream of the device, e
is the local pressure (absolute pressure);
c) for the fourteenth device, used in the velocity area
P
method, the differential pressure measured at a number of
is the heat capacities ratio;
points permits the discharge velocity to be determined Y
through the corresponding local velocities and hence, the
a is the calibration factor of Pitot-static tube.
flow rate.
In the case of ambient air, the following formula can be given :
For the devices 1 to 12 the formulae giving the flow rate is :
AP
= 1 - 0,18 -
&
aefd2flbT
4, =
P
Coefficient a can generally be taken equal to 1, a value from
which it differs, if ever, only by some thousandths at a
maximum under the conditions mentioned in 7.14.
is the mass rate of flow;
The discharge velocity, i.e. the volume flow rate through the
a is the flow coefficient;
considered cross-section divided by its area, can then be deter-
mined from the local velocity values, either by graphical
& is the expansibility (expansion) factor;
integration, or numerical integration, or by an arithmetic
method. The volume rate of flow is deduced at the same time
d is the diameter of orifice or throat;
by obtaining the product of the discharge velocity and the area
of the section.
Q, is the mass density of the fluid upstream of the device
(section of the upstream p ressure tap);
5 Symbols and units
Ap is the differential pressu
re between the upstream
downstream pressure taps.
See table 1.
For device 13 (see 7.13), the basic formula used is :
6 General conditions for the installation of
P
--KC:&“”
the various devices
%n
4 Jq
6.1 Subsonic pressure-difference devices
(devices 1 to 12)
K is a critical flow function of air;
Certain devices are disposed between two straight lengths of
duct, whereas other devices such as 10, 11 and 12 are located
C is the coefficient of discharge;
at the upstream end of a duct. This latter location has the
advantage of substantially reducing cumbersomeness of the
is the absolute sta
gnation p re in the free space
P
test system to be used for the flow rate measurement.
uptream of the device;
It should be noted that one of the possible serious errors with
is the
absolute stagnation temperature in this free
%rn
such devices is a swirling flow at the approach to the device
space.
and that it is essential to obtain protection against such effects
by means of proper anti-swirl devices (crosspiece straightener
For device 14 (see 7.14), the basic formula used for the calcula-
within a circular duct, with a length of 20 and eight radial
tion of local velocity, is :
blades; honeycombs; AMCA straightener, etc.) which are
located at a distance from the flow rate measuring device in
2AP
order that the flow pattern at the approach to the measuring
u =a& -
device is close to the pattern of a fully developed flow.
v e
2
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IS0 5221-1984 (E)
Table 1
Corres- Corres-
Dimen- Dimen-
ponding Symbol Represented quantity
Symbol Represented quantity ponding
sionsl) sionsl)
SI unit SI unit
- -
C Coefficient of discharge Reynolds number of the
ReD
flow referred to D
L2T-20-I J.kg- ‘K-1
C Heat capacity at constant %?I
P
ReD = ~
pressure
WIDV
-
L2T-2@-1 J&g-’ K-1 Red Reynolds number of the
Heat capacity at constant
cV
flow referred to d
volume
I
%?I
Red = -
d Diameter of orifice or L m wl dv
throat of primary device at
u Discharge velocity LT-’
ms- ’
operating conditions, or
diameter of Pitot tube
U Local flow velocity
LT-’ ms- ’
stem
(see 7.14)
D Upstream duct diameter of L m
-
Flow coefficient for
primary device (or
devices 1 to 12 or calibra-
upstream diameter of a
tion factor for device 14
classical Venturi tube), or
diameter of the circular -
Diameter ratio
section of a duct, at
p,g
operating conditions
-
Specific heat capacities
Acceleration due to gravity L T-2 ms-2 Y
g
cP
ratio -
k Absolute roughness L m
cV
-
& Expansibility (expansion)
Length L m
1
factor
-
Ma
Local Mach number
0 Absolute temperature of 0 K
Ma = -!!-
the fluid
KP
-
II- K Isentropic exponent
7
Dynamic viscosity of the ML-’ T-1 Pas
Pressure of the fluid ML-’ T-2 P
Pa
P
fluid
Differential pressure ML-’ T-2 Pa
AP 2
V Kinematic viscosity of the LZT-’ m s-1
(AP = P’ - P$
fluid
Mass rate of flow MT-’ kgs - ’
Mass density of the fluid ML-3 kgmm-3
%n
e
3 0
-
Volume rate of flow LST-’ m s-1 Total angle of the
CD
4V
divergent (for a Venturi-
nozzle)
R Radius L m
Indices 1 and 2 refer to the fluid conditions at the upstream and downstream tappings for devices 1 to 12 respectively.
6.1.1 Inserted subsonic pressure-difference devices It should be noted furthermore that the minimum lengths
(devices 1 to 712) required increase with the diameter ratio p of the device.
The devices inserted in the duct require, in fact, recourse to the
Tables 2 and 3 indicate the minimum straight lengths required
use of long straight lengths on both sides of the device, these between various fittings located upstream or downstream of
lengths being greater when an adjacent fitting causes the swirl the subsonic devices mentioned above, expressed as multiples
in the flow (for example, successive bends in different planes). of the diameter D.
1) M = Mass, L = length, T = time, 0 = temperature.
2) See IS0 5167, subclause 6.2.
3
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IS0 52214984 (F)
Table 2 - Case of orifice plates, nozzles or Venturi nozzles
Minimum straight lengths required between various fittings located upstream or downstream of the primary element and the primary
element itself.
On downstream
On upstream side of the primary device
side
Reducer Expander
Single 90° Two or more
All fittings
P Two or more
bend or tee 90° bends (20 to D over (0,5 D to D
included in
90° bends in
over a length
(flow from one in different a length of
this table
the same plane
I,5 D to 30) of lDto20)
branch only) planes
G 0,20 10 (6) 14 (7)
34 (17) 5” 16 (8) 4 (2)
0,25
10 (6) 14 (7) 34 (17) 5”
16 (8) 4 (2)
0,30 10 (6)
16 (8) 34 (17) 5” 16 (8) 5 (25)
0,35 12 (6) 16 (8) 36 (18)
5” 16 (8) 5 (25)
0,40 14 (7) 18 (9) 36 (18)
5” 16 (8) 6 (3)
0,45 14 (7)
18 (9) 38 (19) 5” 17 (9)
6 (3)
0 14 (7) 20 (IO)
4-O (20) 6 (5) 18 (9) 6 (3)
0,55
16 (8) 22 (11) 44 (22) 8 (5)
20 (IO) 6 (3)
0,60 18 (9) 26 (13)
48 (24 9 (5) 22 (11) 7 (3,5)
0,65 22 (11) 32 (16)
54 (27) 11 (6) 25 (13) 7 (3,5)
0,70 28 (14) 36 (18) 62 (31) 14 (7)
30 (15) 7 (3,5)
0,75 36 (18)
42 (21) 70 (35) 22 (11) 38 (19)
8 (4)
0,80 46 (23) 50 (25) 80 (40)
30 (15) 54 (27) 8 (4)
Minimum upstream
Fittings
straight length required
[ Abrupt symmetrical reduction having a diameter ratio > 0,5 30 (15)
I
I
Thermometer pocket of diameter G 0,03 D 5 (3)
20 (IO)
Thermometer pocket of diameter between 0,03 D and 0,13 D
“nil additional limit error” is applicable.
* As no fitting can be located within 50 of the upstream pressure taps the value for
NOTES
1 The values without brackets are values for “nil additional limit error ”. The values in brackets are values for “additional limit error of L- 0,5 % “.
2 All straight lengths are expressed in multiples of diameter D. They must be measured from the upstream face of the primary element.
6.1.1.1 If the primary element is situated in an air handling primary element with a diameter ratio j3 = 0,7, whichever the
duct connecting it to an open enclosure or to a large container real value of p. This rule does not apply when accessory (2) is a
situated upstream, either directly or by means of accessories,
sudden symmetrical reduction, which case is treated in the
the total length of duct between the open enclosure and the
above paragraph?
primary element should in no case be less than 30 D. ‘)
If one of the minimum retained straight lengths corresponds to
If there is an accessory, the straight lengths have furthermore a value between brackets, one has to add the supplementary
to correspond to the requirements for straight lengths between limit error of + 0,5 % to the error on the flow coefficient.
this accessory and the primary element given in the tables
above.
6.1.1.3 Each pressure measuring section includes at least one
pressure tap. The drilling axis of the latter shall be perpen-
6.1.1.2 If several accessories other than 90° elbows follow dicular to the axis of the duct and the edge of the hole shall pre-
one another upstream from the primary element, the following
sent a sharp deburred edge. The dimension of the taps other
rule must be applied : between the accessory (1) which is than corner taps shall be such that their diameter remains in
closest to the primary element and the primary element itself, any case less than 0,08 times the pipe diameter D and
maintain a minimum straight length, such as indicated for the
preferably smaller than 12 mm. For corner taps, either
accessory (1) in question and the real value of j? in tables 2 and
individual taps whose diameter lies between 1 and 10 mm,
3. Also maintain between this accessory (1) and the preceding and simultaneously between 0,005 D and 0,03 D if p G 0,65
accessory (2), a straight length equal to half the value indicated
and between 0,Ol D and 0,02 D if p > 0,65, or annular slots
in the tables 2 and 3 for the accessory (2) applicable to a can be used.
1) In the absence of experimental data, it seemed advisable to adopt for classical Venturi tubes the same prescriptions required for orifice plates and
for nozzles.
2) In the case of several 90’ elbows, refer to tables 2 and 3 which can apply, whatever the length between two consecutive elbows may be.
4
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Is0 WI-1984 (El
Case of classical Venturi tubes
Table 3 -
Minimum straight lengths required between various fittings located upstream of the classical Venturi tube and the classical Venturi
tube itself.
Two or more 90° Two or more 90’ Reducer 30 to D Expander 0,75 D to
Single 90° short
bends in different over a length
Diameter ratio p bends in the same D over a length
radius bend ’)
plane’ ) planes’ ) *) of 3,5 D of D
0,30 0,531 0,53)
1,5 (0,5) to,51 I,5 (0,5)
0,35 0,531 I,5 IO,51 (0,5) 1,5 (0,5) I,5 (0,5)
0,531 I,5 (0,5) to,51 2,5 (0,5) I,5 to,51
w-0
0,45 IO,51 4,5 (0,5)
1,o (0,5) I,5 (0,5) 2,5 (1)
0,50 I,5 (0,5) 2,5 (1,5) (8,5) 5,5 (0,5) 2,5 (1,5)
0,55
2,5 IO,51 25 (I,51 (12,5) 6,5 (0,5) 3,5 (I,51
0,60 3,0 (1 ,O) 3,5 (2,5) (17,5) 8,5 (0,5)
3,5 (I,51
0,65 4,0 (I,51 4,5 (25) (23,5) 9,5 (1,5) 4,5 (25)
0,70
4,0 (2,O) 4,5 (25) (27,5) IO,5 (25) 5,5 (3,5)
0,75 4,5 (3,O) 4,5 (3,5) (29,5) II,5 (3,5) 6,5 (4,5)
1) The radius of curvature of the bend should be equal to or greater than the duct diameter.
2) As the effect of these fittings may still be present after 40 D, no unbracketed values can be given in the table.
3) Since no fitting can be placed closer than 0,5 D to the upstream pressure taps of the Venturi tube, the “zero additional tolerance” value is ap-
plicable in this instance.
NOTES
1 The values without brackets are values for “nil additional limit error ”. The values in brackets are values for “additional limit error of f 0,5 % “.
2 All straight lengths are expressed in multiples of diameter D. They must be measured from the plane of the upstream pressure taps of the classical
Venturi tube. The roughness of the duct, at least for the length indicated in the previous table should not exceed that of commercially available ducts
k
(approximately D < 10 - 3).
3 Downstream straight lengths : the accessories or obstacles (indicated in table 3) situated downstream at least four times the throat diameter from
the plane of the pressure taps at the throat do not affect the accuracy of measurements.
6.1.1.4 The annular slots are usually flush on their entire The device shall be installed in the duct at a position such that
the flow conditions immediately upstream are free from swirl.
perimeter without discontinuity. If this is not the case, each
annular chamber shall communicate with the interior of the
pipe by openings whose axes form equal angles with respect to
6.3 Pitot-static tube (devices 14)
one another, the number of which is at least four, and whose
individual opening surface is at least equal to 12 mm*.
The section chosen to carry out the measurements shall be
situated in a straight length and be perpendicular to the duct
6.1.1.5 The pressure tappings shall be cylindrical over a axis . It shall be of a simple form, either circular or rectangular
length at least 2,5 times the diameter of the tapping, measured for example.
from the inner wall of the duct.
It shall be situated in an area where the measured velocities are
within the normal range of the employed device.
6.2 Venturi-nozzles with sonic throat (devices 13)
In the proximity of the measuring section, the flow shall be
noticeably parallel to the duct axis (angle generally less than 5 ”)
For these devices it is enough to measure the absolute pressure
and shall present neither excessive turbulence nor swirl. The
and temperature in the chamber of diameter D at least equal to
measuring section has consequently to be chosen at a sufficient
three times the throat diameter d and to check that the ratio of
distance from any fitting which could create dissymmetry, swirl
the absolute pressures downstream and upstream of the device
or turbulence and might therefore seriously alter the data ob-
does not exceed a critical value (see 7.13). If substantial
tained from the tube which is parallel to the duct axis within 5 ’.
pressure fluctuations prevail downstream of the device, the
measurement and the value of the flow rate are not affected by
them and the knowledge of the nature and the upstream state The straight length which may be necessary to satisfy these
of the fluid allows the measured value of the flow rate to be conditions varies according to flow velocity, upstream fittings,
turbulence level and degree of swirl, if any.
obtained when the throat size is known.
5
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IS0 5221-1984 (E)
7 Characteristics and employment k
jj < 1o-3
limitations of the different devices
AP
7.0 Common characteristics of devices under
- < 0,25
clauses 7.1, 7.2 and 7.3 Pl
The Reynolds number ReD shall be greater than or equal to a
The orifice plate shall conform with the drawing in figure 1.
minimum value of 1,26 x lo6 p* D.
The principal specifications relating to the plate are :
The flow coefficient a is given by the Stolz formula :
-
Plane upstream face, its roughness (total height) being
inferior to 0,000 3 d within a circle of diameter 1,5 d, which
1
a a* + 0,002 9 (1 - p4ror5 p2r5
is concentric to the orifice.
-
Plane downstream face parallel to the upstream face.
- e < E < 0,05 D
aa = (1 - p, -Ot5 [0,595 9 + 0,031 2 p*”
-0,1840~* + 0,09OOZ, D- ‘p(l -PI-’
(0,005 D < e < 0,02 D)
- 0,033 7 I; D- ’ p3]
- 30° < F < 45’
in which
-
If E < 0,02 D, bevelling not compulsory.
I, is the distance of the upstream pressure tap to the
- Sharp upstream edge G.
face of the orifice plate;
upstream
-
Determination of d as the mean of the measurements
I; is the distance of the downstream pressure tap to the
of four diameters at least angularly distributed (none of the
downstream face of the orifice plate.
four measurements differing from the average by more than
5 x 1O-4 d) .
NOTE - When
The orifice plate which is described above can be associated to
2,286
one of the three pressure tap types mentioned under 7.1, 7.2
0,050 m G D Q 39 m( = 0,059 ml
and 7.3.
the term
(1 - p4, -03 [0,090 0 jl D-' /34 (1 - b4, -'I
Reference shall be made to IS0 5167 for specifications related
is to be replaced by
to pressure taps.
(1 - p, -03 [ oo390p4(1 -p41- ‘I
I
The conditions for use of the three types of orifice plates are :
Table 4 gives values of coefficient aoo and of
2,9 (1 - p) --Or5 j3*t5 for a series of values of j? and D.
0,012 5 m < d
Because of the rounding off to within low3 of the values of a,,
0,050 m < D
linear interpolation is permitted between two successive values
0,20 < p < 0,75 of p.
6
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 5221-1984 (El
A, *B
7
/
/
/
/
/
L
Angle of bevel F-J
e
Axial centre-line
Direction of flow
Downstream edges l-l and I
Upstream
/
5
edge G
/
/
/
L
Figure 1 - Standard orifice plate
---------------------- Page: 11 ----------------------
IS0 5221-1984 (El
or orifice plates as a function of /!I and D
Table 4 - Values of coefficient a, and of 2,9 (1 - /?4)-or5 p2f5 f
Corner
D
Flange taps
~ D and -
taps - p4, - Of5 P2,E
2
P
taps
D=co
D = 0,600 1 D = 0,400 1 D = 0,200 D = 0,150 D = 0,100 D = 0,060 D = 0,0!3
-
0,20 0,597 0,597 0,597 0,597 0,597 0,597 0,597 0,597 0,052
0,597
0,25 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,091
0,30 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,144
0,602 0,602 0,169
0,32 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602
0,34 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,197
0,603
0,36 0,605 0,605 0,605 0,605 0,605 0,605 0,605 0,604 0,605 0,227
0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,261
03
0,608 0,608 0,608 0,608 0,608
0,40 0,608 0,608 0,608 0,608 0,297
0,41 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,317
0,42 0,610 0,610 0,610 0,610 0,610 0,610 0,611 0,610 0,610 0,337
0,43 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,358
0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,380
w-4
0,45 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614
0,402
0,46 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,426
0,47 0,617 0,617 0,617 0,617 0,617 0,617 0,618 0,617 0,617 0,450
0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,476
or4
0,49 0,621 0,621
0,620 0,620 0,621 0,621 0,621 0,621 0,621 0,502
0,50 0,622 0,622 0,622 0,622 0,623 0,623 0,623 0,623 0,623
0,530
0,51 0,624 0,624 0,624 0,624 0,624 0,625 0,625 0,625 0,625 0,558
0,52 0,626 0,626 0,626 0,626 0,626 0,627 0,627 0,627 0,627 0,587
0,53 0,628 0,628 0,628 0,629 0,629 0,629 0,629
0,629 0,629 0,618
0,631 0,631 0,631 0,631 0,631 0,631 0,632 0,631 0,632
09 0,650
0,55 0,633 0,633 0,633 0,633 0,634 0,634 0,634 0,634 0,634
o,f=
0,56 0,636
0,635 0,636 0,636 0,636 0,636 0,637 0,637 0,637 0,717
0,57 0,638 0,638 0,638 0,639 0,639 0,639
ot64-0 wJ-0 0,752
uJ.0
0,641 0,641 0,641 0,641 0,642 0,642 0,643 0,643 0,789
09 o,f=
0,59 0,645 0,645 0,645 0,646 0,646 0,646 0,827
(w-4 0,644 0,644
0,60 0,647 0,647 0,647 0,649
Of64-8 0,649 0,650 0,649 0,649 0,867
0,61 0,650 0,650 0,651 0,651 0,651 0,652 0,653 0,653 0,653
0,908
0,62 0,654 0,654 0,654 0,655 0,655 0,656 0,657 0,656 0,657 0,951
0,63
0,657 0,658 0,658 0,658 0,659 0,659 0,661 0,660 0,661 0,995
0,661 0,661 0,662 0,662 0,663 0,664
OH 0,665 0,665 0,665 1,042
0,65 0,665 0,665 0,666 0,666 0,667 0,668 0,670 0,669 0,669
1,090
0,66 0,669 0,670 0,670 0,671 0,671 0,672 0,674 0,674 0,674 1,140
0,67 0,674
0,674 0,674 0,675 0,676 0,677 0,679 0,679 1,193
o,f=
0,678 0,679 0,679 0,681 0,682
o,a o,@o 0,685 0,685 1,247
0,684
0,685 0,686 0,691 0,690
o,f= or= 0,684 or= 0,690 1,304
0,689 0,690 0,691 0,692 0,693 0,697 0,696 0,696
ox=3 1,337
0,694 0,695 0,695 0,697 0,697 0,699 0,703 0,702 0,703 1,426
0,700 0,701 0,701 0,703 0,704
0,706 0,710 0,709 0,709 1,492
0,706 0,707 0,707 0,709 0,710 0,713 0,717 0,716 0,717
1,560
0,712 0,713 0,714 0,716 0,717 0,720 0,725 0,724 0,725 1,633
0,719 0,720 0,721
0,723 0,725 0,728 0,733 0,732 0,733 1,709
The expansibility factor E is calculated using the empirical formula
=
& l- to,41 + 0,35p4) *
Kpl
Figure 2 gives the expansifility factor c: for K = 1,4.
8
---------------------- Page: 12 ----------------------
IS0 52214984 (El
AP
0,04
n
0,98
0,96
0,98
0,92
AD
r
L
P
1
Figure 2 - Orifice plates with corner taps or flange taps, or D and D/2 taps :
Expansibility factor E for K = I,4
---------------------- Page: 13 ----------------------
Pressure taps
\
\
Piezometer rings with
\
annular slit
-t
\
\
2
Axial centre-line c
Direction of flow
\
\
\
* Orifice plate
\
\
\
\
\ a
7
-T-
\
\
\
\
Pressure individual taps
\
\
\
\
\
L
Corner taps
Figure 3 -
10
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO5221=1984(E)
7.1 Orifice plates with corner taps Table 4 can be used and linear interpolation carried out be-
tween two successive values of 8, and of D for values of D less
The primary element is represented in figure 3. The orifice plate
than 0,600 m or D -l for values of D greater than 0,600 m.
shall conform with figure 1 and with the specifications of 7.0.
7.3 Orifice plates with D and D/2 tappings
The pressure taps may be either individual taps (lower part of
figure 3) or annular slits opening into the annular chambers of
piezometer rings (upper part of figure 3). The condi
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.ME~YHAPO&HAR OPI-AHH3ALWlR fl0 CTAH~APTM3ALWlM.ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Distribution et diffusion d’air - Règles pour la technique
de mesure du débit d’air dans un conduit aéraulique
Air dis tribution and air diffusion - Rules to me thods of measuring air flow rate in an air handfing duc t
Première édition - 1984-01-15
CDU 697.922 : 533.6.08 Réf. no : ISO 52214984 (FI
.
diffusion d’air, écoulement d’air, débit, mesurage de débit, conduit aéraulique, débitomètre, tube de Venturi,
Descripteurs : distribution d’air,
nombre de Reynolds, dimensions, tolérance de dimension, caractéristiques.
Prix basé sur 33 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de YISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 5221 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 144,
Distribution et diffusion d’air, et a été soumise aux comités membres en juillet 1980.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
France Royaume-Uni
Afrique du Sud, Rép. d’
Australie Irlande Suède
Italie Tchécoslovaquie
Autriche
Belgique Norvége USA
Corée, Rép. de Pologne
Finlande Roumanie
Aucun comité membre de l’a désapprouvée.
Organisation internationale de normalisation, 1984
0
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
Sommaire
Page
........................................................ 1
Introduction
......................................... 1
Objet et domaine d’application
1
Références .
2
Appareils de mesure proposés .
.......................................... 2
Formules générales de calcul
3
Symboles et unités. .
3
Conditions générales d’installation des divers appareils .
6.1 Appareils déprimogénes subsoniques (appareils 1 à 12) . 3
6
6.2 Venturi-tuyères à col sonique (appareils 13) .
6.3 Tubes de Pitot doubles (appareils 14) . 6
6
7 Caractéristiques et limitations d’emploi des divers appareils .
7.0 Caractéristiques communes aux appareils relevant des
......................................... 6
paragraphes7.1,7.2et7.3
...................... 11
7.1 Diaphragme à prises de pression dans les angles
........................... 11
7.2 Diaphragme à prises de pression à la bride
.......................... 11
7.3 Diaphragme à prises de pression à D et 0/2
12
7.4 TuyèreISA1932 .
............................................. 14
7.5 Tuyéres à long rayon.
16
7.6 Tube de Venturi classique .
17
7.7 Venturi-tuyére .
18
7.8 Diaphragme à entrée conique .
....................................... 19
7.9 Diaphragme quart de cercle.
7.10 Diaphragme à l’aspiration . 21
7.11 Tuyère à l’aspiration quart de cercle . 22
....................................... 23
7.12 Buse conique à l’aspiration
..................................... 24
7.13 Venturi-tuyères à col sonique
........................................... 26
7.14 Tubes de Pitot doubles
............................................................... 32
Annexe
33
Bibliographie .
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 52214984 (F)
NORME INTERNATIONALE
Distribution et diffusion d’air - Règles pour la technique
de mesure du débit d’air dans un conduit aéraulique
Ajoutons enfin qu’il convient absolument de tenir compte du
0 Introduction
fait que les valeurs citées dans tout le document seraient grave-
ment erronées si. l’écoulement dans l’appareil de mesure n’était
Les présentes règles résultent de plusieurs considérations parti-
pas dénué de giration et si certains appareils de mesure présen-
culières qu’il faut garder en mémoire :
tés n’offraient eux-mêmes aucune garantie à ce sujet sans
adjonction de dispositif approprié.
a) Le fluide est de l’air à température et pression voisines
de celles de l’air dans les conditions ambiantes.
Dans le cas de faibles nombres de Reynolds et d’exigences
réduites en matière d’incertitude, comme dans le cas de mesu-
res de débits de fuite, des spécifications particulières sont don-
b) Puisque les débits sont parfois relativement réduits, les
nées dans une annexe à la présente Norme internationale.
nombres de Reynolds à considérer peuvent parfois corres-
pondre à des valeurs relativement faibles (par exemple de
l’ordre de quelques milliers).
1 Objet et domaine d’application
c) On doit rechercher, dans toute la mesure du possible,
La présente Norme internationale a pour but de rassembler dif-
une grande liberté de choix afin de pouvoir disposer de
férentes techniques de mesure du débit d’air dans un conduit
méthodes applicables soit a des essais en laboratoire, soit à
aéraulique qui, sans nécessiter d’étalonnage, permettent de
des essais sur le site.
couvrir divers besoins spécifiques en matiere de distribution et
de diffusion d’air.
d) À ce jour, la précision des techniques de mesure de
Dans la présente Norme internationale, on entend par ((conduit
débit d’air dans un conduit a atteint un degré de qualité qui
aéraulique)) un tronçon de conduit rectiligne étanche, tel que
n’est pas toujours requis pour les besoins de la distribution
les conditions générales d’installation des appareils puissent
et de la diffusion d’air.
être remplies. La forme de la section droite de ce tronçon sera
circulaire, ou sinon rectangulaire dans le cas exclusif de l’emploi
de l’appareil 14.
C’est en tenant compte de ces diverses considérations qu’ont
été établies les présentes règles, empruntées partiellement à
certaines Normes internationales déjà publiées (voir chapitre 2)
2 Références
sans du reste en retenir toutes les spécifications, en raison
même d’une exigence sensiblement réduite en matiere d’incer-
ISO 3966, Mesure du débit des fluides dans les conduites
titude ou de qualité d’écoulement : l’objectif poursuivi à ce
sujet reste limité a k 2 %, voire même davantage pour certains fermhes - M&hode d’exploration du champ des vitesses au
appareils (voir 7.8 et 7.9). moyen de tubes de Pitot doubles.
Les valeurs indiquées pour l’incertitude des coefficients cités ISO 5167, Mesure de d6bit des fluides au moyen de diaphrag-
devraient être majorées pour l’incertitude du débit lui-même mes, tu yères et tubes de Venturi insérés dans des conduites en
dans le cas de l’emploi de manomètres inappropriés. charge de section circulaire.
---------------------- Page: 5 ----------------------
3 Appareils de mesure proposés
& est le coefficient de détente;
La présente Norme internationale propose l’emploi de l’un des
d est le diamètre de l’orifice ou du col;
appareils suivants :
est la masse volumique du fluide en
amont du dispositif
Ql
1) Diaphragme à prises de pression dans les angles (voir
(section
de la prise de pression amont);
7.0 et 7.11
Ap est la pression différentielle entre les prises de
pression
Diaphragme à de à la bride (voir 7.0 et
2)
amont et aval.
7.2)
Pour le dispositif 13 (voir 7.13), la formule de base utilisée est :
3) Diaphragme à prises de pression à D et D/2 (voir 7.0
et 7.3)
4) Tuyère ISA 1932 (voir 7.4)
5) Tuyère à long rayon (voir 7.5)
où
6) Tube de Venturi classique (voir 7.6)
K est une fonction relative à l’écoulement critique pour de
7) Venturi-tuyére (voir 7.7) l’air;
8) Diaphragme à entrée conique (voir 7.8)
C est le coefficient de décharge;
9) Diaphragme quart de cercle (voir 7.9)
est la pression d’arrêt absolue ‘espace
P
aznt de l’appareil;
10) Diaphragme à l’aspiration (voir 7.10)
est la température d’arrêt absolue dans cet espace
Tuyére à l’aspiration quart de cercle (voir 7.11) @am
11)
libre.
12) Buse conique à l’aspiration (voir 7.12)
Pour le dispositif 14 (voir 7.14)’ la formule de base utilisée pour
13) Venturi-tuyère à col sonique (voir 7.13) le calcul de la vitesse locale est :
14) Tube de Pitot double (voir 7.14)
2AP
u =ae -
d Q
4 Formules générales de calcul
où & est le facteur de correction compressibi lité qui peut
être déterminé par la relation :
Ces appareils font appel à trois principes différents :
a) pour les douze premiers appareils cités, la mesure du
=
débit requiert la mesure d’une pression différentielle Ap
&
entre l’amont et l’aval (ou le col) de l’appareil,
dans laquelle
b) pour le treiziéme appareil, l’air atteint au col une vitesse
égale à la célérité du son et la mesure du débit requiert donc
Ap est la pression différentielle indiquée par le tube de
seulement la connaissance de l’état du fluide en amont de
Pitot;
l’appareil,
c) pour le quatorzième appareil, utilisé dans la méthode est la masse volumique de l’air;
e
d’exploration du champ des vitesses, la pression différen-
tielle mesurée en un certain nombre de points permet de est la pression locale (pression absolue);
P
déterminer la vitesse débitante par l’intermédiaire des vites-
ses locales correspondantes, et par conséquent, le débit. est le rapport des chaleurs massiques;
Y
a est le coefficient d’étalonnage du tube de Pitot.
Pour les dispositifs 1 à 12, la formule donnant le débit est :
Dans le cas d’air ambiant, on pourra s’en tenir à écrire :
= as$&d~
qrn
AP
& = 1 -0,18-
où
P
est le débit-masse; D’une manière générale, le coefficient a peut être pris égal à 1,
valeur dont il ne diffère éventuellement dans les conditions
a est le coefficient de débit; mentionnées en 7.14 que de quelques milliémes au plus.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 52214984 (FI
6 Conditions générales d’installation des
La vitesse débitante, c’est-à-dire le quotient du débit-volume de
fluide à travers la section considérée par l’aire de celle-ci, peut
divers appareils
alors être déterminée à partir des valeurs de la vitesse locale,
soit par intégration graphique, soit par intégration numérique,
6.1 Appareils déprimogènes subsoniques
soit par une méthode arithmétique. Le débit-volume est déduit
(appareils 1 à 12)
aussitôt en effectuant le produit de la vitesse débitante par l’aire
de la section.
Certains des appareils sont disposés entre deux longueurs droi-
tes de conduits, alors que d’autres tels que ceux des dispositifs
10, 11 et 12 se trouvent placés à l’extrémité amont d’un con-
5 Symboles et unités duit. Cette derniére disposition a l’avantage de réduire sensible-
ment l’encombrement à prévoir pour réaliser la mesure du
débit.
Voir tableau 1.
Tableau 1
Unit6 SI
Unit6 SI
Dimen- Dimen-
Symbole Grandeur corres- Symbole Grandeur corres-
sionsl) sionsl)
pondante
pondante
- -
c Coefficient de décharge
Nombre de Reynolds de
ReD
l’écoulement rapporté à D
L2T-20-1 J.kg-l.K-1
Chaleur massique à pres-
cP 4%?l
sion constante ReD = -
w$v
L2T-20-1 J.kg-1K-1 Re
Chaleur massique à
cV -
Nombre de Reynolds de
d
volume constant
l’écoulement rapporté à d
d Diamètre de l’orifice ou du L m
%?l
Red = -
col de l’élément primaire
wl dv
dans les conditions
u Vitesse débitante LT-’ m-s- 1
d’emploi, ou diamétre de
l’étrave du tube de Pitot
u Vitesse locale du fluide LT-’ m-s--1
D Diamètre du conduit de L m (voir 7.14)
mesure en amont de I’élé-
-
a Coefficient de débit pour
ment primaire (ou diamétre
les appareils 1 à 12 ou
amont d’un tube de Ven-
coefficient d’étalonnage
turi classique), ou diamétre
pour l’appareil 14
de la section de mesure
circulaire du conduit, dans
-
Rapport des diamétres
P
les conditions d’emploi
d
=-
P
D
Accélération due à la LT-2 m-s-2
g
pesanteur
-
Rapport des chaleurs
Y
k Rugosité absolue L m
cP
massiques -
CV
Longueur L m
I
-
& Coefficient de détente
-
Ma Nombre de Mach local
0 Température absolue du 0 K
Ma = L
fluide
KP
.v
v-
@
-
rc
Exposant isentropique
Pression du fluide ML-’ T-2 Pa
P
Viscosité dynamique du ML-’ T-1 Pas
ru
fluide
Pression différentielle ML-’ T-2 Pa
AP
m2.s- 1
(AP = PJ - P$ V Viscosité cinématique du LZT-’
fluide
Débit-masse MT-’ kg-s - ’
%?l
Masse volumique du fluide ML-3 kg-m-3
e
m3.s- 1
Débit-volume L3 T-1
qv
0
Angle au sommet du diver- -
CD
R Rayon
L m gent d’un Venturi-tuyère
Les indices 1 et 2 se rapportent respectivement aux conditions du fluide aux prises de pression amont et aval des appareils 1 à 12.
T = temps, @ = température.
1) M = masse, L = longueur,
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO5221=1984(F)
II importe de noter que l’une des causes possibles d’erreurs de plus que ces longueurs minimales nécessaires croissent avec
sérieuses observables lors de l’emploi de tels appareils étant le rapport de diamètres /? de l’appareil.
l’existence de giration dans l’écoulement à l’approche de ceux-ci,
il est essentiel de se prémunir éventuellement contre de tels
Les tableaux 2 et 3 indiquent les longueurs droites minimales
effets en ayant recours à des dispositifs antigiratoires appro-
nécessaires entre divers accessoires situés en amont ou en aval
priés (croisillon dans un conduit de section circulaire, de deux
des appareils subsoniques cités plus haut, exprimées en multi-
diamètres de long, à huit lames radiales; nid d’abeille; redres-
ples du diamètre D.
seur AMCA, etc.) disposés à une distance de l’appareil de
mesure de débit telle que le profil des vitesses à l’approche de
l’appareil de mesure soit proche de celui d’un écoulement établi.
6.1.1 .l Si l’élément primaire est placé dans un conduit aérau-
lique le reliant à une enceinte ouverte ou à un grand récipient
situé en amont, soit directement, soit par l’intermédiaire
6.1.1 Appareils déprimogènes subsoniques noyés
d’accessoires, la longueur totale de conduit entre l’enceinte
(appareils 1 à 7)‘)
ouverte et l’élément primaire ne doit en aucun cas être infé-
rieure à 30 D.2)
Les appareils noyés dans le conduit exigent en effet de recourir
à. l’emploi de grandes longueurs droites de part et d’autre de
l’appareil, ces longueurs étant plus grandes du reste lorsqu’une
S’il existe un accessoire, on doit en outre satisfaire aux lon-
singularité adjacente provoque la giration de l’écoulement
gueurs droites données dans les tableaux 2 et 3 entre cet acces-
(exemple de coudes successifs non coplanaires). On observera
soire et l’élément primaire.
Tableau 2 - Cas des diaphragmes, tuyères ou Venturi-tuyères
Longueurs droites minimales nécessaires entre divers accessoires situés en amont ou en aval de l’élément primaire et l’élément pri-
maire lui-même.
En amont de l’élément primaire En aval
Deux ou plus Réduction Évasement
Tous
Coude simple Deux ou plus
(de 2 D à D (de 0,5 D à D
de deux
accessoires
P à 9o” ou té de deux
sur une
coudes à 90° sur une
cités dans
(débit par une coudes à 90°
longueur de longueur de
dans des plans
coplanaires ce tableau
seule branche)
différents 1,5Dà3D) 1 Dà2D)
4 (2)
< 0,20 10 (6) 14 (7) 34 (17) 5” 16 (8)
(7) 34 (17) 5” 16 (8) 4 (2)
0,25 10 6) 14
5 (25)
0,30 10 (6) 16 (8) 34 (17) 5” 16 (8)
36 (18) 5” 16 (81 5 (2,5)
0,35 12 (6) 16 (8)
(9) 36 (18) 5” 16 (8) 6 (3)
o,m 14 (7) 18
6 (3)
0,45 14 (7) 18 (9) 38 (19) 5” 17 (9)
40 (20) 6 (5) 18 (9) 6 (3)
0 14 (7) 20 (10)
22 (11) 44 (22) 8 (5) 20 (10) 6 (3)
0,55 16 (8)
22 (11) 7 (3,5)
om 18 (9) 26 (13) 48 (24 9 (5)
25 (13) 7 (3,5)
0,65 22 (11) 32 (16) 54 (27) 11 (6)
28 (14) 36 (18) 62 (31) 14 (7) 30 (15) 7 (3,5)
0,70
8 (4)
0,75 36 (18) 42 (21) 70 (35) 22 (11) 38 (19)
80 Mo) 30 (15) 54 (27) 8 (4)
om 46 (23) 50 (25)
Longueur droite minimale
Accessoires
nbcessaire en amont
Brusque réduction symétrique de rapport de diamétres > 0,5
Poche à thermométre de diamètre < 0,03 D 5 (3)
20 (10)
Poche à thermométre de diamètre compris entre 0,03 D et 0,13 D
* Puisqu’aucun accessoire ne peut être placé à moins de 5 D des prises de pression amont, la valeur pour une «erreur-limite supplémentaire nulle»
est applicable à ce cas.
NOTES
1 Les valeurs sans parenthèses sont des valeurs pour «une erreur limite supplémentaire nulle». Les valeurs entre parenthèses sont des valeurs pour
«une erreur limite supplémentaire de AI 0,5 %K
2 Toutes les longueurs droites sont exprimées en multiples du diamètre D. Elles doivent être mesurées à partir de la face amont de l’élément primaire.
1) Voir ISO 5167, paragraphe 6.2.
2) En l’absence de données expérimentales, il a paru prudent d’adopter pour les tubes de Venturi classiques, les prescriptions exigées pour les
diaphragmes et les tuyéres.
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ISO 5221-1984 (FI
Tableau 3 - Cas des tubes de Venturi classiques
Longueurs droites minimales nécessaires entre les divers accessoires situés en amont du tube de Venturi classique et le tube de Ven-
turi classique lui-même.
Deux coudes ou Évasement de
Coude simple Deux coudes ou Réduction de
Rapport des plus à 90’ dans 0,75 D à D sur
3 D à D sur une
à 90° à rayon plus à 90° dans
diamètres p des plans une longueur
courtl) le même plan’) longueur de 3,5 D
‘différents1)2) de D
0,30 0,53’ 1,5 (0,5)
(0,5) 0,53’
1,5 (0,5)
0,35
0,531 1,5 (0,5)
(0,5) 1,5 (0,5) 1,5 (0,5)
0,40 0,53’
1,5 (0,5) (0,5) 2,5 (0,5)
1,5 (0,5)
0,45
l,o (0,5) 1,5 (0,5)
(0,5) 4,5 (0,5)
2,5 (1)
0,50
1,5 (0,5) 2,5 Vl,5) (8,5)
5,5 (0,5) 2,5 (1,5)
0,55 2,5 (0,5)
2,5 Il,51 (12,5) 6,5 (0,5)
3,5 (1,5)
0,60
3,0 (1,O) 3,5 (2,5)
(17,5) 8,5 (0,5)
3,5 (1,5)
0,65 4,0 (1,5)
4,5 (2,5) (23,5)
9,5 (1,5) 4,5 (2,5)
0,70 4,0 (2,O)
4,5 (2,5) (27,5) 10,5 (25)
5,5 (3,5)
0,75
4,5 (3,O) 4,5 (3,5)
(29,5) 11,5 (3,5)
6,5 (4,5)
Le rayon intérieur de courbure du coude doit être égal ou supérieur au diamètre du conduit.
1)
Comme l’effet de ces accessoires peut se faire sentir au-delà de 40 D, il ne peut être donné, dans le tableau, de valeurs sans parenthèses.
2)
3) Puisqu’aucun accessoire ne peut être placé à moins de 0,5 D des prises de pression amont du tube de Venturi, la valeur pour une «erreur limite
supplémentaire nulle» est applicable à ce cas.
NOTES
1 Les valeurs sans parenthèses sont des valeurs pour une «erreur limite supplémentaire nulle». Les valeurs entre parenthèses sont des valeurs pour
«une erreur limite supplémentaire f 0,5 %».
2 Toutes les longueurs droites sont exprimées en multiples du diamètre D. Elles doivent être mesurées à partir du plan des prises de pression amont
du tube de Venturi classique. La rugosité du conduit, au moins pour la longueur donnée par le tableau précédent, ne devra pas dépasser celle d’un
k
conduit lisse du commerce (approximativement - < IO- 3).
D
3 Longueurs droi tes à l’aval : les accessoires ou obstacles (indiqués dans le tableau 3) situés en aval au moins à quatre fois le diamétre du col à partir
du plan des prises de pression au col, n’affectent pas la justesse des mesures.
dernière doit être perpendiculaire à l’axe du conduit et le bord
6.1.1.2 Si plusieurs accessoires autres que des coudes à 90°
du trou doit être à angle vif et sans bavure. La dimension des
se succèdent en amont de l’élément primaire, on doit appliquer
prises autres que celles dans les angles doit être telle que leur
la régie suivante : entre l’accessoire (1) le plus rapproché de
diamètre reste de toute manière inférieur à 0,08 fois le diamètre
l’élément primaire et l’élément primaire lui-même, maintenir
une longueur droite minimale telle qu’elle est indiquée pour du conduit D et de préférence inférieur à 12 mm. Pour les pri-
l’accessoire (1) en question et la valeur réelle de /? dans les ses dans les angles, on peut utiliser, soit des prises individuelles
dont le diamètre reste compris entre 1 et 10 mm, tout en restant
tableaux 2 et 3. Mais, de plus, maintenir entre cet accessoire (1)
et l’accessoire (2) qui le précède, une longueur droite égale à la compris entre 0,005 D et 0,03 D si p < 0,65 et entre 0,Ol D et
moitié de la valeur indiquée dans les tableaux 2 et 3 pour 0,02 D si p> 0,65, soit des fentes annulaires.
l’accessoire (2) applicable à un élément primaire de rapport des
diamètres p = 0,7, quelle que soit la valeur réelle de p. Cette
6.1.1.4 Les fentes annulaires débouchent habituellement sur
régie ne s’applique pas lorsque l’accessoire (2) est une brusque
tout leur périmètre, sans discontinuité. S’il n’en est pas ainsi,
réduction symétrique, lequel cas est traité dans l’alinéa
chaque chambre annulaire communique avec l’intérieur du con-
ci-dessus. 1 )
duit par des ouvertures dont les axes font entre eux des angles
égaux, en nombre au moins égal à quatre, et dont la surface
Si l’une des longueurs droites minimales ainsi retenues est une
d’ouverture individuelle est au moins égale à 12 mm2.
valeur entre parenthèses, on doit ajouter l’erreur limite supplé-
mentaire de + 05 % à l’erreur sur le coefficient de débit.
6.1.1.5 Les prises de pression doivent présenter un troncon
cylindrique sur une longueur d’au moins 2,5 fois leur diamètre
6.1.1. 3 Chacune des sections de mesure de la pression com-
intérieur compté à partir de la surface intérieure du conduit.
porte au moins une prise de pression. L’axe de percage de cette
1) Dans le cas de plusieurs coudes à 90°, se reporter aux tableaux 2 et 3 qui peuvent s’appliquer quelle que soit la longueur entre deux coudes consé-
cutifs.
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 52214984 (F)
6.2 Venturi-tuyères à col sonique (appareils 13)
- Arête amont G vive.
II suffit dans ces appareils de mesurer la pression et la tempéra-
- Détermination de d comme moyenne des mesures d’au
ture absolues dans la chambre de diamètre D au moins égal à
moins quatre diamètres répartis angulairement (aucune des
3 fois le diamètre du col d et de contrôler que le rapport des
quatre mesures ne différant de la moyenne de plus de
pressions absolues en aval et en amont de l’appareil ne dépasse
5 x 10-4d) .
pas une valeur critique (voir 7.13).S’il existe des fluctuations de
pression sensibles à l’aval de l’appareil, la mesure du débit et sa
La plaque du diaphragme décrite ci-dessus peut être associée à
grandeur n’en sont pas tributaires et la connaissance de la
l’un des trois types de prises de pression mentionnées aux para-
nature et de l’état amont du fluide est suffisante pour effectuer
graphes 7.1, 7.2 et 7.3.
la mesure du débit lorsque la dimension du col est bien connue.
On se reportera à I’ISO 5167 pour les spécifications relatives
On doit disposer l’appareil dans le conduit, de telle manière
aux prises de pression.
que l’écoulement soit exempt de giration juste à l’amont de
l’appareil.
Les conditions d’emploi des trois types de diaphragmes sont :
0,012 5 m < d
6.3 Tubes de Pitot doubles (appareils 14)
0,050 m < D
La section choisie pour effectuer les mesures doit être située
dans une longueur droite et perpendiculaire à l’axe du conduit.
0,20 G p < 0,75
Elle doit être de forme simple, par exemple, soit circulaire, soit
rectangulaire.
k
- < 10-3
D
Elle doit être située dans une zone où les vitesses mesurées se
situent dans la gamme normale d’utilisation de l’appareillage
AP
employé.
- G 0,25
Pl
Au voisinage de la section de mesure, l’écoulement doit être
sensiblement parallèle à l’axe du conduit (angle généralement
Le nombre de Reynolds Re, doit être supérieur ou égal à
inférieur à 5”), et ne doit présenter ni turbulence excessive, ni
une valeur minimale de 1,26 x 106 p2 D.
rotation. La section de mesure doit donc être choisie suffisam-
ment éloignée de toute singularité qui pourrait créer une dissy-
Le coefficient de débit a est donné par la formule de Stolz :
métrie, une rotation ou de la turbulence qui pourraient fausser
gravement les indications données par le tube de Pitot double
=
a a, + 0,002 9 (1 - p4) -Ot5 p2r5
disposé parallèlement (à mieux que 5O près) à l’axe du conduit.
La longueur droite qui peut être nécessaire pour satisfaire ces
où
conditions varie avec la vitesse de l’écoulement, les singularités
amont, le niveau de turbulence et le degré de giration, s’il en = (1 - p4)-Or5
[0,595 9 + 0,031 2 p2J
acu
existe.
- 0,1840/?* + 0,09OOI, D-‘p4(1 - p4)-’
- 0,033 7 I; D- ’ p3]
7 Caractéristiques et limitations d’emploi
dans laquelle
des divers appareils
est la distance de la prise de pression amont à la face
7.0 Caractéristiques communes aux appareils
amont du diaphragme;
relevant des paragraphes 7.1, 7.2 et 7.3
de la prise de
est la distance aval à la face aval
La plaque du diaphragme est conforme au dessin de la figure 1. diaphragme.
Les principales spécifications concernant la plaque sont : NOTE - Lorsque
2,286
0,050 m < D
- Face amont plane, de rugosité (hauteur totale) infé-
rieure à 0,000 3 d à l’intérieur d’un cercle de diamètre 1,5 d
le terme
concentrique à l’orifice.
(1 - p4r”t5 [o,oso 01, D- ’ p4 (1 - p4,- ‘1
est à remplacer par
-
Face aval plane parallèle à la face amont.
t1- p4)-“‘5 [0,039 0 p4 (1 - p,-‘1
- e < E < 0,05 D
Le tableau 4 donne des valeurs du coefficient a, et de
2,g (1 - ~4, - 03 23
p pour un ensemble de valeurs de p et de D.
(0,005 D < e < 0,02 D)
- 30’ < F < 45O Du fait de l’arrondissement à 10e3 près des valeurs de ao3, il est
admissible d’interpoler linéairement entre deux valeurs succes-
- Si E Q 0,02 D, chanfreinage non obligatoire.
sives de p.
---------------------- Page: 10 ----------------------
E
7
,B
/
/
/
/
/
Angle du chanfrein F -l
e
Axe de symétrie de révolution
--
Sens de l’écoulement
Arêtes aval t-î et J
/
1
/
Arête /
/
amont G
/
/
/
Plaque de diaphragme
Figure 1 -
7
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO52214984(F)
Tableau 4 - Valeurs du coefficient aa et de 2,9 (1 - B4) -Of5 p2t5 p our les diaphragmes en fonction de p et de D
Prises
Prises à
dans les Prises à la bride
D 2,9 (1 - p4, - Ot5 p
P
angles
D et F
D=o0 D= 0,600 1 D = 0,400 ID = 0,200 )D = 0,1!=50 1 D = 0,100 D = 0,060 j D = 0,050
0,597 0,597 0,597 0,052
0,20 0,597 0,597 ~ 0,597 0,597 0,597 0,597
0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,091
0,25 0,599 0,599
0,30 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,144
0,32 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,169
0,603 0,603 0,197
0,34 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603
0,605 0,605 0,605 0,605 0,605 0,604 0,605 0,227
0,36 0,605 0,605
0,38 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,261
0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,297
u-0
0,609 0,317
0,41 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609
0,610 0,611 0,610 0,610 0,337
0,42 0,610 0,610 0,610 0,610 0,610
0,43 0,612 ~ 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,358
0,613 ' 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,380
w-4
0,614 0,402
0,45 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614
0,46 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,426
0,47 0,617 0,617 0,617 0,617 0,617 0,617 0,618 0,617 0,617 0,450
0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,476
O,M
0,502
0,49 0,620 0,620 0,621 0,621 0,621 0,621 0,621 0,621 0,621
0,50 0,622 0,622 0,622 0,622 0,623 0,623 0,623 0,623 0,623 0,530
0,51 0,624 0,624 0,624 0,624 0,624 0,625 0,625 0,625 0,625 0,558
0,52 0,626 0,626 0,626 0,626 0,626 0,627 0,627 0,627 0,627 0,587
0,53 0,628 0,628 0,628 0,629 0,629 0,629 0,629 0,629 0,629 0,618
03J 0,631 0,631 0,631 0,631 0,631 0,631 0,632 0,631 0,632 0,650
0,55 0,633 0,633 0,633 0,633 0,634 0,634 0,634 0,634 0,634
o,=
0,635 0,636 0,636 0,636 0,636 0,636 0,637 0,637 0,637 0,717
0s
0,57 0,638 0,638 0,638 0,639 0,639 0,639 0,752
0 wl-0 ot64-0
0,641 0,642
0,641 0,641 0,641 0,642 0,643 0,643 0,789
o,= oA=
0,59 0,645 0,645 0,645 0,646 0,646 0,646 0,827
o,@J4 o,QJ4 0,644
0,60 0,647 0,647 0,647 0,649 0,649 0,650 0,649 0,649 0,867
otfj4.8
0,61 0,650 0,650 0,651 0,651 0,651 0,652 0,653 0,653 0,653 0,908
0,62 0,654 0,654 0,656 0,657
0,654 0,655 0,655 0,656 0,657 0,951
0,657 0,658 0,658 0,658 0,659 0,659 0,661 0,660 0,661 0,995
ora
0,661 0,661 0,662 0,662 0,663 0,664 0,665 0,665 0,665 1,042
o,w
0,65
0,665 0,665 0,666 0,666 0,667 0,670 0,669 0,669 1,090
o,=
0,669 0,670 0,670 0,671 0,671 0,672 0,674
o,m 0,674 '0,674 1,140
0,67 0,674 0,674 0,674 0,675 0,676 0,677 0,679 0,679 1,193
0,680
0,678 0,679 0,679 0,681 0,682 0,685 0,685 1,247
0,@3 0,680 0,684
0,69
o,= OmJ 0,685 0,686 0,691 0,690 0,690 1,304
0,@34 0,688
0,70 0,689 0,690 0,691 0,692 0,693 0,697
o,= 0,696 0,696 1,337
0,71 0,694 0,695 0,695 0,697 0,697 0,699 0,703 0,702 0,703 1,426
0,72
0,700 0,701 0,701 0,703 0,704 0,706 0,710 0,709 0,709 1,492
0,73 0,706 0,707 0,707
0,709 0,710 0,713 0,717 0,716 0,717 1,560
0,74 0,712 0,713 0,714 0,716 0,717 0,720 0,725 0,724 0,725
1,633
0,75 0,719 0,720 0,721 0,723 0,725 0,728 0,733 0,732 0,733 1,709
Le coefficient de détente E est calculé à partir de la
...
Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION.ME~YHAPO&HAR OPI-AHH3ALWlR fl0 CTAH~APTM3ALWlM.ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Distribution et diffusion d’air - Règles pour la technique
de mesure du débit d’air dans un conduit aéraulique
Air dis tribution and air diffusion - Rules to me thods of measuring air flow rate in an air handfing duc t
Première édition - 1984-01-15
CDU 697.922 : 533.6.08 Réf. no : ISO 52214984 (FI
.
diffusion d’air, écoulement d’air, débit, mesurage de débit, conduit aéraulique, débitomètre, tube de Venturi,
Descripteurs : distribution d’air,
nombre de Reynolds, dimensions, tolérance de dimension, caractéristiques.
Prix basé sur 33 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de YISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale ISO 5221 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 144,
Distribution et diffusion d’air, et a été soumise aux comités membres en juillet 1980.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
France Royaume-Uni
Afrique du Sud, Rép. d’
Australie Irlande Suède
Italie Tchécoslovaquie
Autriche
Belgique Norvége USA
Corée, Rép. de Pologne
Finlande Roumanie
Aucun comité membre de l’a désapprouvée.
Organisation internationale de normalisation, 1984
0
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
Sommaire
Page
........................................................ 1
Introduction
......................................... 1
Objet et domaine d’application
1
Références .
2
Appareils de mesure proposés .
.......................................... 2
Formules générales de calcul
3
Symboles et unités. .
3
Conditions générales d’installation des divers appareils .
6.1 Appareils déprimogénes subsoniques (appareils 1 à 12) . 3
6
6.2 Venturi-tuyères à col sonique (appareils 13) .
6.3 Tubes de Pitot doubles (appareils 14) . 6
6
7 Caractéristiques et limitations d’emploi des divers appareils .
7.0 Caractéristiques communes aux appareils relevant des
......................................... 6
paragraphes7.1,7.2et7.3
...................... 11
7.1 Diaphragme à prises de pression dans les angles
........................... 11
7.2 Diaphragme à prises de pression à la bride
.......................... 11
7.3 Diaphragme à prises de pression à D et 0/2
12
7.4 TuyèreISA1932 .
............................................. 14
7.5 Tuyéres à long rayon.
16
7.6 Tube de Venturi classique .
17
7.7 Venturi-tuyére .
18
7.8 Diaphragme à entrée conique .
....................................... 19
7.9 Diaphragme quart de cercle.
7.10 Diaphragme à l’aspiration . 21
7.11 Tuyère à l’aspiration quart de cercle . 22
....................................... 23
7.12 Buse conique à l’aspiration
..................................... 24
7.13 Venturi-tuyères à col sonique
........................................... 26
7.14 Tubes de Pitot doubles
............................................................... 32
Annexe
33
Bibliographie .
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 52214984 (F)
NORME INTERNATIONALE
Distribution et diffusion d’air - Règles pour la technique
de mesure du débit d’air dans un conduit aéraulique
Ajoutons enfin qu’il convient absolument de tenir compte du
0 Introduction
fait que les valeurs citées dans tout le document seraient grave-
ment erronées si. l’écoulement dans l’appareil de mesure n’était
Les présentes règles résultent de plusieurs considérations parti-
pas dénué de giration et si certains appareils de mesure présen-
culières qu’il faut garder en mémoire :
tés n’offraient eux-mêmes aucune garantie à ce sujet sans
adjonction de dispositif approprié.
a) Le fluide est de l’air à température et pression voisines
de celles de l’air dans les conditions ambiantes.
Dans le cas de faibles nombres de Reynolds et d’exigences
réduites en matière d’incertitude, comme dans le cas de mesu-
res de débits de fuite, des spécifications particulières sont don-
b) Puisque les débits sont parfois relativement réduits, les
nées dans une annexe à la présente Norme internationale.
nombres de Reynolds à considérer peuvent parfois corres-
pondre à des valeurs relativement faibles (par exemple de
l’ordre de quelques milliers).
1 Objet et domaine d’application
c) On doit rechercher, dans toute la mesure du possible,
La présente Norme internationale a pour but de rassembler dif-
une grande liberté de choix afin de pouvoir disposer de
férentes techniques de mesure du débit d’air dans un conduit
méthodes applicables soit a des essais en laboratoire, soit à
aéraulique qui, sans nécessiter d’étalonnage, permettent de
des essais sur le site.
couvrir divers besoins spécifiques en matiere de distribution et
de diffusion d’air.
d) À ce jour, la précision des techniques de mesure de
Dans la présente Norme internationale, on entend par ((conduit
débit d’air dans un conduit a atteint un degré de qualité qui
aéraulique)) un tronçon de conduit rectiligne étanche, tel que
n’est pas toujours requis pour les besoins de la distribution
les conditions générales d’installation des appareils puissent
et de la diffusion d’air.
être remplies. La forme de la section droite de ce tronçon sera
circulaire, ou sinon rectangulaire dans le cas exclusif de l’emploi
de l’appareil 14.
C’est en tenant compte de ces diverses considérations qu’ont
été établies les présentes règles, empruntées partiellement à
certaines Normes internationales déjà publiées (voir chapitre 2)
2 Références
sans du reste en retenir toutes les spécifications, en raison
même d’une exigence sensiblement réduite en matiere d’incer-
ISO 3966, Mesure du débit des fluides dans les conduites
titude ou de qualité d’écoulement : l’objectif poursuivi à ce
sujet reste limité a k 2 %, voire même davantage pour certains fermhes - M&hode d’exploration du champ des vitesses au
appareils (voir 7.8 et 7.9). moyen de tubes de Pitot doubles.
Les valeurs indiquées pour l’incertitude des coefficients cités ISO 5167, Mesure de d6bit des fluides au moyen de diaphrag-
devraient être majorées pour l’incertitude du débit lui-même mes, tu yères et tubes de Venturi insérés dans des conduites en
dans le cas de l’emploi de manomètres inappropriés. charge de section circulaire.
---------------------- Page: 5 ----------------------
3 Appareils de mesure proposés
& est le coefficient de détente;
La présente Norme internationale propose l’emploi de l’un des
d est le diamètre de l’orifice ou du col;
appareils suivants :
est la masse volumique du fluide en
amont du dispositif
Ql
1) Diaphragme à prises de pression dans les angles (voir
(section
de la prise de pression amont);
7.0 et 7.11
Ap est la pression différentielle entre les prises de
pression
Diaphragme à de à la bride (voir 7.0 et
2)
amont et aval.
7.2)
Pour le dispositif 13 (voir 7.13), la formule de base utilisée est :
3) Diaphragme à prises de pression à D et D/2 (voir 7.0
et 7.3)
4) Tuyère ISA 1932 (voir 7.4)
5) Tuyère à long rayon (voir 7.5)
où
6) Tube de Venturi classique (voir 7.6)
K est une fonction relative à l’écoulement critique pour de
7) Venturi-tuyére (voir 7.7) l’air;
8) Diaphragme à entrée conique (voir 7.8)
C est le coefficient de décharge;
9) Diaphragme quart de cercle (voir 7.9)
est la pression d’arrêt absolue ‘espace
P
aznt de l’appareil;
10) Diaphragme à l’aspiration (voir 7.10)
est la température d’arrêt absolue dans cet espace
Tuyére à l’aspiration quart de cercle (voir 7.11) @am
11)
libre.
12) Buse conique à l’aspiration (voir 7.12)
Pour le dispositif 14 (voir 7.14)’ la formule de base utilisée pour
13) Venturi-tuyère à col sonique (voir 7.13) le calcul de la vitesse locale est :
14) Tube de Pitot double (voir 7.14)
2AP
u =ae -
d Q
4 Formules générales de calcul
où & est le facteur de correction compressibi lité qui peut
être déterminé par la relation :
Ces appareils font appel à trois principes différents :
a) pour les douze premiers appareils cités, la mesure du
=
débit requiert la mesure d’une pression différentielle Ap
&
entre l’amont et l’aval (ou le col) de l’appareil,
dans laquelle
b) pour le treiziéme appareil, l’air atteint au col une vitesse
égale à la célérité du son et la mesure du débit requiert donc
Ap est la pression différentielle indiquée par le tube de
seulement la connaissance de l’état du fluide en amont de
Pitot;
l’appareil,
c) pour le quatorzième appareil, utilisé dans la méthode est la masse volumique de l’air;
e
d’exploration du champ des vitesses, la pression différen-
tielle mesurée en un certain nombre de points permet de est la pression locale (pression absolue);
P
déterminer la vitesse débitante par l’intermédiaire des vites-
ses locales correspondantes, et par conséquent, le débit. est le rapport des chaleurs massiques;
Y
a est le coefficient d’étalonnage du tube de Pitot.
Pour les dispositifs 1 à 12, la formule donnant le débit est :
Dans le cas d’air ambiant, on pourra s’en tenir à écrire :
= as$&d~
qrn
AP
& = 1 -0,18-
où
P
est le débit-masse; D’une manière générale, le coefficient a peut être pris égal à 1,
valeur dont il ne diffère éventuellement dans les conditions
a est le coefficient de débit; mentionnées en 7.14 que de quelques milliémes au plus.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 52214984 (FI
6 Conditions générales d’installation des
La vitesse débitante, c’est-à-dire le quotient du débit-volume de
fluide à travers la section considérée par l’aire de celle-ci, peut
divers appareils
alors être déterminée à partir des valeurs de la vitesse locale,
soit par intégration graphique, soit par intégration numérique,
6.1 Appareils déprimogènes subsoniques
soit par une méthode arithmétique. Le débit-volume est déduit
(appareils 1 à 12)
aussitôt en effectuant le produit de la vitesse débitante par l’aire
de la section.
Certains des appareils sont disposés entre deux longueurs droi-
tes de conduits, alors que d’autres tels que ceux des dispositifs
10, 11 et 12 se trouvent placés à l’extrémité amont d’un con-
5 Symboles et unités duit. Cette derniére disposition a l’avantage de réduire sensible-
ment l’encombrement à prévoir pour réaliser la mesure du
débit.
Voir tableau 1.
Tableau 1
Unit6 SI
Unit6 SI
Dimen- Dimen-
Symbole Grandeur corres- Symbole Grandeur corres-
sionsl) sionsl)
pondante
pondante
- -
c Coefficient de décharge
Nombre de Reynolds de
ReD
l’écoulement rapporté à D
L2T-20-1 J.kg-l.K-1
Chaleur massique à pres-
cP 4%?l
sion constante ReD = -
w$v
L2T-20-1 J.kg-1K-1 Re
Chaleur massique à
cV -
Nombre de Reynolds de
d
volume constant
l’écoulement rapporté à d
d Diamètre de l’orifice ou du L m
%?l
Red = -
col de l’élément primaire
wl dv
dans les conditions
u Vitesse débitante LT-’ m-s- 1
d’emploi, ou diamétre de
l’étrave du tube de Pitot
u Vitesse locale du fluide LT-’ m-s--1
D Diamètre du conduit de L m (voir 7.14)
mesure en amont de I’élé-
-
a Coefficient de débit pour
ment primaire (ou diamétre
les appareils 1 à 12 ou
amont d’un tube de Ven-
coefficient d’étalonnage
turi classique), ou diamétre
pour l’appareil 14
de la section de mesure
circulaire du conduit, dans
-
Rapport des diamétres
P
les conditions d’emploi
d
=-
P
D
Accélération due à la LT-2 m-s-2
g
pesanteur
-
Rapport des chaleurs
Y
k Rugosité absolue L m
cP
massiques -
CV
Longueur L m
I
-
& Coefficient de détente
-
Ma Nombre de Mach local
0 Température absolue du 0 K
Ma = L
fluide
KP
.v
v-
@
-
rc
Exposant isentropique
Pression du fluide ML-’ T-2 Pa
P
Viscosité dynamique du ML-’ T-1 Pas
ru
fluide
Pression différentielle ML-’ T-2 Pa
AP
m2.s- 1
(AP = PJ - P$ V Viscosité cinématique du LZT-’
fluide
Débit-masse MT-’ kg-s - ’
%?l
Masse volumique du fluide ML-3 kg-m-3
e
m3.s- 1
Débit-volume L3 T-1
qv
0
Angle au sommet du diver- -
CD
R Rayon
L m gent d’un Venturi-tuyère
Les indices 1 et 2 se rapportent respectivement aux conditions du fluide aux prises de pression amont et aval des appareils 1 à 12.
T = temps, @ = température.
1) M = masse, L = longueur,
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO5221=1984(F)
II importe de noter que l’une des causes possibles d’erreurs de plus que ces longueurs minimales nécessaires croissent avec
sérieuses observables lors de l’emploi de tels appareils étant le rapport de diamètres /? de l’appareil.
l’existence de giration dans l’écoulement à l’approche de ceux-ci,
il est essentiel de se prémunir éventuellement contre de tels
Les tableaux 2 et 3 indiquent les longueurs droites minimales
effets en ayant recours à des dispositifs antigiratoires appro-
nécessaires entre divers accessoires situés en amont ou en aval
priés (croisillon dans un conduit de section circulaire, de deux
des appareils subsoniques cités plus haut, exprimées en multi-
diamètres de long, à huit lames radiales; nid d’abeille; redres-
ples du diamètre D.
seur AMCA, etc.) disposés à une distance de l’appareil de
mesure de débit telle que le profil des vitesses à l’approche de
l’appareil de mesure soit proche de celui d’un écoulement établi.
6.1.1 .l Si l’élément primaire est placé dans un conduit aérau-
lique le reliant à une enceinte ouverte ou à un grand récipient
situé en amont, soit directement, soit par l’intermédiaire
6.1.1 Appareils déprimogènes subsoniques noyés
d’accessoires, la longueur totale de conduit entre l’enceinte
(appareils 1 à 7)‘)
ouverte et l’élément primaire ne doit en aucun cas être infé-
rieure à 30 D.2)
Les appareils noyés dans le conduit exigent en effet de recourir
à. l’emploi de grandes longueurs droites de part et d’autre de
l’appareil, ces longueurs étant plus grandes du reste lorsqu’une
S’il existe un accessoire, on doit en outre satisfaire aux lon-
singularité adjacente provoque la giration de l’écoulement
gueurs droites données dans les tableaux 2 et 3 entre cet acces-
(exemple de coudes successifs non coplanaires). On observera
soire et l’élément primaire.
Tableau 2 - Cas des diaphragmes, tuyères ou Venturi-tuyères
Longueurs droites minimales nécessaires entre divers accessoires situés en amont ou en aval de l’élément primaire et l’élément pri-
maire lui-même.
En amont de l’élément primaire En aval
Deux ou plus Réduction Évasement
Tous
Coude simple Deux ou plus
(de 2 D à D (de 0,5 D à D
de deux
accessoires
P à 9o” ou té de deux
sur une
coudes à 90° sur une
cités dans
(débit par une coudes à 90°
longueur de longueur de
dans des plans
coplanaires ce tableau
seule branche)
différents 1,5Dà3D) 1 Dà2D)
4 (2)
< 0,20 10 (6) 14 (7) 34 (17) 5” 16 (8)
(7) 34 (17) 5” 16 (8) 4 (2)
0,25 10 6) 14
5 (25)
0,30 10 (6) 16 (8) 34 (17) 5” 16 (8)
36 (18) 5” 16 (81 5 (2,5)
0,35 12 (6) 16 (8)
(9) 36 (18) 5” 16 (8) 6 (3)
o,m 14 (7) 18
6 (3)
0,45 14 (7) 18 (9) 38 (19) 5” 17 (9)
40 (20) 6 (5) 18 (9) 6 (3)
0 14 (7) 20 (10)
22 (11) 44 (22) 8 (5) 20 (10) 6 (3)
0,55 16 (8)
22 (11) 7 (3,5)
om 18 (9) 26 (13) 48 (24 9 (5)
25 (13) 7 (3,5)
0,65 22 (11) 32 (16) 54 (27) 11 (6)
28 (14) 36 (18) 62 (31) 14 (7) 30 (15) 7 (3,5)
0,70
8 (4)
0,75 36 (18) 42 (21) 70 (35) 22 (11) 38 (19)
80 Mo) 30 (15) 54 (27) 8 (4)
om 46 (23) 50 (25)
Longueur droite minimale
Accessoires
nbcessaire en amont
Brusque réduction symétrique de rapport de diamétres > 0,5
Poche à thermométre de diamètre < 0,03 D 5 (3)
20 (10)
Poche à thermométre de diamètre compris entre 0,03 D et 0,13 D
* Puisqu’aucun accessoire ne peut être placé à moins de 5 D des prises de pression amont, la valeur pour une «erreur-limite supplémentaire nulle»
est applicable à ce cas.
NOTES
1 Les valeurs sans parenthèses sont des valeurs pour «une erreur limite supplémentaire nulle». Les valeurs entre parenthèses sont des valeurs pour
«une erreur limite supplémentaire de AI 0,5 %K
2 Toutes les longueurs droites sont exprimées en multiples du diamètre D. Elles doivent être mesurées à partir de la face amont de l’élément primaire.
1) Voir ISO 5167, paragraphe 6.2.
2) En l’absence de données expérimentales, il a paru prudent d’adopter pour les tubes de Venturi classiques, les prescriptions exigées pour les
diaphragmes et les tuyéres.
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 5221-1984 (FI
Tableau 3 - Cas des tubes de Venturi classiques
Longueurs droites minimales nécessaires entre les divers accessoires situés en amont du tube de Venturi classique et le tube de Ven-
turi classique lui-même.
Deux coudes ou Évasement de
Coude simple Deux coudes ou Réduction de
Rapport des plus à 90’ dans 0,75 D à D sur
3 D à D sur une
à 90° à rayon plus à 90° dans
diamètres p des plans une longueur
courtl) le même plan’) longueur de 3,5 D
‘différents1)2) de D
0,30 0,53’ 1,5 (0,5)
(0,5) 0,53’
1,5 (0,5)
0,35
0,531 1,5 (0,5)
(0,5) 1,5 (0,5) 1,5 (0,5)
0,40 0,53’
1,5 (0,5) (0,5) 2,5 (0,5)
1,5 (0,5)
0,45
l,o (0,5) 1,5 (0,5)
(0,5) 4,5 (0,5)
2,5 (1)
0,50
1,5 (0,5) 2,5 Vl,5) (8,5)
5,5 (0,5) 2,5 (1,5)
0,55 2,5 (0,5)
2,5 Il,51 (12,5) 6,5 (0,5)
3,5 (1,5)
0,60
3,0 (1,O) 3,5 (2,5)
(17,5) 8,5 (0,5)
3,5 (1,5)
0,65 4,0 (1,5)
4,5 (2,5) (23,5)
9,5 (1,5) 4,5 (2,5)
0,70 4,0 (2,O)
4,5 (2,5) (27,5) 10,5 (25)
5,5 (3,5)
0,75
4,5 (3,O) 4,5 (3,5)
(29,5) 11,5 (3,5)
6,5 (4,5)
Le rayon intérieur de courbure du coude doit être égal ou supérieur au diamètre du conduit.
1)
Comme l’effet de ces accessoires peut se faire sentir au-delà de 40 D, il ne peut être donné, dans le tableau, de valeurs sans parenthèses.
2)
3) Puisqu’aucun accessoire ne peut être placé à moins de 0,5 D des prises de pression amont du tube de Venturi, la valeur pour une «erreur limite
supplémentaire nulle» est applicable à ce cas.
NOTES
1 Les valeurs sans parenthèses sont des valeurs pour une «erreur limite supplémentaire nulle». Les valeurs entre parenthèses sont des valeurs pour
«une erreur limite supplémentaire f 0,5 %».
2 Toutes les longueurs droites sont exprimées en multiples du diamètre D. Elles doivent être mesurées à partir du plan des prises de pression amont
du tube de Venturi classique. La rugosité du conduit, au moins pour la longueur donnée par le tableau précédent, ne devra pas dépasser celle d’un
k
conduit lisse du commerce (approximativement - < IO- 3).
D
3 Longueurs droi tes à l’aval : les accessoires ou obstacles (indiqués dans le tableau 3) situés en aval au moins à quatre fois le diamétre du col à partir
du plan des prises de pression au col, n’affectent pas la justesse des mesures.
dernière doit être perpendiculaire à l’axe du conduit et le bord
6.1.1.2 Si plusieurs accessoires autres que des coudes à 90°
du trou doit être à angle vif et sans bavure. La dimension des
se succèdent en amont de l’élément primaire, on doit appliquer
prises autres que celles dans les angles doit être telle que leur
la régie suivante : entre l’accessoire (1) le plus rapproché de
diamètre reste de toute manière inférieur à 0,08 fois le diamètre
l’élément primaire et l’élément primaire lui-même, maintenir
une longueur droite minimale telle qu’elle est indiquée pour du conduit D et de préférence inférieur à 12 mm. Pour les pri-
l’accessoire (1) en question et la valeur réelle de /? dans les ses dans les angles, on peut utiliser, soit des prises individuelles
dont le diamètre reste compris entre 1 et 10 mm, tout en restant
tableaux 2 et 3. Mais, de plus, maintenir entre cet accessoire (1)
et l’accessoire (2) qui le précède, une longueur droite égale à la compris entre 0,005 D et 0,03 D si p < 0,65 et entre 0,Ol D et
moitié de la valeur indiquée dans les tableaux 2 et 3 pour 0,02 D si p> 0,65, soit des fentes annulaires.
l’accessoire (2) applicable à un élément primaire de rapport des
diamètres p = 0,7, quelle que soit la valeur réelle de p. Cette
6.1.1.4 Les fentes annulaires débouchent habituellement sur
régie ne s’applique pas lorsque l’accessoire (2) est une brusque
tout leur périmètre, sans discontinuité. S’il n’en est pas ainsi,
réduction symétrique, lequel cas est traité dans l’alinéa
chaque chambre annulaire communique avec l’intérieur du con-
ci-dessus. 1 )
duit par des ouvertures dont les axes font entre eux des angles
égaux, en nombre au moins égal à quatre, et dont la surface
Si l’une des longueurs droites minimales ainsi retenues est une
d’ouverture individuelle est au moins égale à 12 mm2.
valeur entre parenthèses, on doit ajouter l’erreur limite supplé-
mentaire de + 05 % à l’erreur sur le coefficient de débit.
6.1.1.5 Les prises de pression doivent présenter un troncon
cylindrique sur une longueur d’au moins 2,5 fois leur diamètre
6.1.1. 3 Chacune des sections de mesure de la pression com-
intérieur compté à partir de la surface intérieure du conduit.
porte au moins une prise de pression. L’axe de percage de cette
1) Dans le cas de plusieurs coudes à 90°, se reporter aux tableaux 2 et 3 qui peuvent s’appliquer quelle que soit la longueur entre deux coudes consé-
cutifs.
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 52214984 (F)
6.2 Venturi-tuyères à col sonique (appareils 13)
- Arête amont G vive.
II suffit dans ces appareils de mesurer la pression et la tempéra-
- Détermination de d comme moyenne des mesures d’au
ture absolues dans la chambre de diamètre D au moins égal à
moins quatre diamètres répartis angulairement (aucune des
3 fois le diamètre du col d et de contrôler que le rapport des
quatre mesures ne différant de la moyenne de plus de
pressions absolues en aval et en amont de l’appareil ne dépasse
5 x 10-4d) .
pas une valeur critique (voir 7.13).S’il existe des fluctuations de
pression sensibles à l’aval de l’appareil, la mesure du débit et sa
La plaque du diaphragme décrite ci-dessus peut être associée à
grandeur n’en sont pas tributaires et la connaissance de la
l’un des trois types de prises de pression mentionnées aux para-
nature et de l’état amont du fluide est suffisante pour effectuer
graphes 7.1, 7.2 et 7.3.
la mesure du débit lorsque la dimension du col est bien connue.
On se reportera à I’ISO 5167 pour les spécifications relatives
On doit disposer l’appareil dans le conduit, de telle manière
aux prises de pression.
que l’écoulement soit exempt de giration juste à l’amont de
l’appareil.
Les conditions d’emploi des trois types de diaphragmes sont :
0,012 5 m < d
6.3 Tubes de Pitot doubles (appareils 14)
0,050 m < D
La section choisie pour effectuer les mesures doit être située
dans une longueur droite et perpendiculaire à l’axe du conduit.
0,20 G p < 0,75
Elle doit être de forme simple, par exemple, soit circulaire, soit
rectangulaire.
k
- < 10-3
D
Elle doit être située dans une zone où les vitesses mesurées se
situent dans la gamme normale d’utilisation de l’appareillage
AP
employé.
- G 0,25
Pl
Au voisinage de la section de mesure, l’écoulement doit être
sensiblement parallèle à l’axe du conduit (angle généralement
Le nombre de Reynolds Re, doit être supérieur ou égal à
inférieur à 5”), et ne doit présenter ni turbulence excessive, ni
une valeur minimale de 1,26 x 106 p2 D.
rotation. La section de mesure doit donc être choisie suffisam-
ment éloignée de toute singularité qui pourrait créer une dissy-
Le coefficient de débit a est donné par la formule de Stolz :
métrie, une rotation ou de la turbulence qui pourraient fausser
gravement les indications données par le tube de Pitot double
=
a a, + 0,002 9 (1 - p4) -Ot5 p2r5
disposé parallèlement (à mieux que 5O près) à l’axe du conduit.
La longueur droite qui peut être nécessaire pour satisfaire ces
où
conditions varie avec la vitesse de l’écoulement, les singularités
amont, le niveau de turbulence et le degré de giration, s’il en = (1 - p4)-Or5
[0,595 9 + 0,031 2 p2J
acu
existe.
- 0,1840/?* + 0,09OOI, D-‘p4(1 - p4)-’
- 0,033 7 I; D- ’ p3]
7 Caractéristiques et limitations d’emploi
dans laquelle
des divers appareils
est la distance de la prise de pression amont à la face
7.0 Caractéristiques communes aux appareils
amont du diaphragme;
relevant des paragraphes 7.1, 7.2 et 7.3
de la prise de
est la distance aval à la face aval
La plaque du diaphragme est conforme au dessin de la figure 1. diaphragme.
Les principales spécifications concernant la plaque sont : NOTE - Lorsque
2,286
0,050 m < D
- Face amont plane, de rugosité (hauteur totale) infé-
rieure à 0,000 3 d à l’intérieur d’un cercle de diamètre 1,5 d
le terme
concentrique à l’orifice.
(1 - p4r”t5 [o,oso 01, D- ’ p4 (1 - p4,- ‘1
est à remplacer par
-
Face aval plane parallèle à la face amont.
t1- p4)-“‘5 [0,039 0 p4 (1 - p,-‘1
- e < E < 0,05 D
Le tableau 4 donne des valeurs du coefficient a, et de
2,g (1 - ~4, - 03 23
p pour un ensemble de valeurs de p et de D.
(0,005 D < e < 0,02 D)
- 30’ < F < 45O Du fait de l’arrondissement à 10e3 près des valeurs de ao3, il est
admissible d’interpoler linéairement entre deux valeurs succes-
- Si E Q 0,02 D, chanfreinage non obligatoire.
sives de p.
---------------------- Page: 10 ----------------------
E
7
,B
/
/
/
/
/
Angle du chanfrein F -l
e
Axe de symétrie de révolution
--
Sens de l’écoulement
Arêtes aval t-î et J
/
1
/
Arête /
/
amont G
/
/
/
Plaque de diaphragme
Figure 1 -
7
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ISO52214984(F)
Tableau 4 - Valeurs du coefficient aa et de 2,9 (1 - B4) -Of5 p2t5 p our les diaphragmes en fonction de p et de D
Prises
Prises à
dans les Prises à la bride
D 2,9 (1 - p4, - Ot5 p
P
angles
D et F
D=o0 D= 0,600 1 D = 0,400 ID = 0,200 )D = 0,1!=50 1 D = 0,100 D = 0,060 j D = 0,050
0,597 0,597 0,597 0,052
0,20 0,597 0,597 ~ 0,597 0,597 0,597 0,597
0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,599 0,091
0,25 0,599 0,599
0,30 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,601 0,144
0,32 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,602 0,169
0,603 0,603 0,197
0,34 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603 0,603
0,605 0,605 0,605 0,605 0,605 0,604 0,605 0,227
0,36 0,605 0,605
0,38 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,606 0,261
0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,608 0,297
u-0
0,609 0,317
0,41 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609 0,609
0,610 0,611 0,610 0,610 0,337
0,42 0,610 0,610 0,610 0,610 0,610
0,43 0,612 ~ 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,612 0,358
0,613 ' 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,613 0,380
w-4
0,614 0,402
0,45 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614 0,614
0,46 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,616 0,426
0,47 0,617 0,617 0,617 0,617 0,617 0,617 0,618 0,617 0,617 0,450
0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,619 0,476
O,M
0,502
0,49 0,620 0,620 0,621 0,621 0,621 0,621 0,621 0,621 0,621
0,50 0,622 0,622 0,622 0,622 0,623 0,623 0,623 0,623 0,623 0,530
0,51 0,624 0,624 0,624 0,624 0,624 0,625 0,625 0,625 0,625 0,558
0,52 0,626 0,626 0,626 0,626 0,626 0,627 0,627 0,627 0,627 0,587
0,53 0,628 0,628 0,628 0,629 0,629 0,629 0,629 0,629 0,629 0,618
03J 0,631 0,631 0,631 0,631 0,631 0,631 0,632 0,631 0,632 0,650
0,55 0,633 0,633 0,633 0,633 0,634 0,634 0,634 0,634 0,634
o,=
0,635 0,636 0,636 0,636 0,636 0,636 0,637 0,637 0,637 0,717
0s
0,57 0,638 0,638 0,638 0,639 0,639 0,639 0,752
0 wl-0 ot64-0
0,641 0,642
0,641 0,641 0,641 0,642 0,643 0,643 0,789
o,= oA=
0,59 0,645 0,645 0,645 0,646 0,646 0,646 0,827
o,@J4 o,QJ4 0,644
0,60 0,647 0,647 0,647 0,649 0,649 0,650 0,649 0,649 0,867
otfj4.8
0,61 0,650 0,650 0,651 0,651 0,651 0,652 0,653 0,653 0,653 0,908
0,62 0,654 0,654 0,656 0,657
0,654 0,655 0,655 0,656 0,657 0,951
0,657 0,658 0,658 0,658 0,659 0,659 0,661 0,660 0,661 0,995
ora
0,661 0,661 0,662 0,662 0,663 0,664 0,665 0,665 0,665 1,042
o,w
0,65
0,665 0,665 0,666 0,666 0,667 0,670 0,669 0,669 1,090
o,=
0,669 0,670 0,670 0,671 0,671 0,672 0,674
o,m 0,674 '0,674 1,140
0,67 0,674 0,674 0,674 0,675 0,676 0,677 0,679 0,679 1,193
0,680
0,678 0,679 0,679 0,681 0,682 0,685 0,685 1,247
0,@3 0,680 0,684
0,69
o,= OmJ 0,685 0,686 0,691 0,690 0,690 1,304
0,@34 0,688
0,70 0,689 0,690 0,691 0,692 0,693 0,697
o,= 0,696 0,696 1,337
0,71 0,694 0,695 0,695 0,697 0,697 0,699 0,703 0,702 0,703 1,426
0,72
0,700 0,701 0,701 0,703 0,704 0,706 0,710 0,709 0,709 1,492
0,73 0,706 0,707 0,707
0,709 0,710 0,713 0,717 0,716 0,717 1,560
0,74 0,712 0,713 0,714 0,716 0,717 0,720 0,725 0,724 0,725
1,633
0,75 0,719 0,720 0,721 0,723 0,725 0,728 0,733 0,732 0,733 1,709
Le coefficient de détente E est calculé à partir de la
...
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