ISO 9300:2005

NORME ISO
INTERNATIONALE 9300
Deuxième édition
2005-08-15
Mesure de débit de gaz au moyen de
Venturi-tuyères en régime critique
Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzles

Numéro de référence
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ISO 2005
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Termes et définitions. 1
2.1 Mesure de pression . 1
2.2 Mesure de température . 2
2.3 Venturi-tuyères. 2
2.4 Écoulement. 2
3 Symboles . 5
4 Équations de base . 6
4.1 Équation d'état . 6
4.2 Débit dans les conditions idéales. 6
4.3 Débit dans les conditions réelles. 6
4.4 Flux de masse critique . 7
5 Applications pour lesquelles la méthode est adaptée. 7
6 Venturi-tuyères en régime critique (CFVN) normalisés. 7
6.1 Exigences générales . 7
6.2 Conception . 8
7 Exigences relatives à l'installation. 11
7.1 Généralités . 11
7.2 Canalisation à l'amont. 11
7.3 Grand volume en amont. 12
7.4 Exigences en aval. 12
7.5 Mesurage de la pression. 12
7.6 Orifices de purge . 13
7.7 Mesurage de la température . 13
7.8 Mesurage de la masse volumique. 13
7.9 Masse volumique calculée. 14
8 Méthodes de calcul. 14
8.1 Débit-masse. 14
8.2 Coefficient de décharge, C . 14
d′
8.3 Fonction de débit critique, C , et coefficient de débit critique d'un gaz réel, C . 15
∗ R
8.4 Conversion de la pression et de la température mesurées aux conditions d'arrêt. 15
8.5 Pression maximale admissible à l'aval. 16
9 Incertitudes sur la mesure du débit. 17
9.1 Généralités . 17
9.2 Calcul pratique de l'incertitude . 18
Annexe A (normative) Coefficients de décharge des Venturi-tuyères . 20
Annexe B (normative) Tableaux des valeurs de la fonction de débit critique C — Divers gaz. 22
∗
Annexe C (normative) Calcul du flux de masse critique pour les mélanges de gaz naturels. 29
Annexe D (normative) Facteur de correction du débit-masse pour l'air atmosphérique . 34
Annexe E (normative) Calcul du flux de masse critique pour des tuyères en régime critique dont
le rapport du diamètre au col au diamètre à l'amont est élevé, β > 0,25. 36
Bibliographie . 40

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
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L'ISO 9300 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 30, Mesure de débit des fluides dans les conduites
fermées, sous-comité SC 2, Appareils déprimogènes.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 9300:1990), dont elle constitue une
révision technique.
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NORME INTERNATIONALE ISO 9300:2005(F)

Mesure de débit de gaz au moyen de Venturi-tuyères en régime
critique
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie la géométrie et le mode d'emploi (installation dans un circuit et
conditions opératoires) de Venturi-tuyères en régime critique (CFVN) utilisés pour déterminer le débit-masse
de gaz traversant le circuit. Elle donne également les informations nécessaires au calcul du débit et de
l'incertitude associée.
Elle s'applique aux Venturi-tuyères au sein desquels l'écoulement gazeux est accéléré jusqu'à atteindre la
vitesse critique au col (la vitesse d'un écoulement critique est égale à la vitesse locale du son), et uniquement
lorsqu'il existe un écoulement stationnaire monophasique de gaz. Lorsque l'écoulement est critique, le
débit-masse traversant le Venturi-tuyère est le plus grand débit possible pour les conditions régnant à l'amont,
tandis que les CFVN peuvent être utilisés uniquement à l'intérieur des limites spécifiées, par exemple pour le
rapport du diamètre au col au diamètre à l'entrée et pour le nombre de Reynolds au col. La présente Norme
internationale traite de CFVN pour lesquels des étalonnages directs ont été effectués, en nombre suffisant
pour permettre de déterminer les coefficients avec une marge prévisible d'incertitude.
Des informations sont données dans les cas où la conduite à l'amont du CFVN est de section circulaire, ou il
peut être supposé qu'il existe un grand volume à l'amont du CFVN ou à l'amont d'un ensemble de CFVN
montés en groupe. La configuration en groupe permet d'installer les CFVN en parallèle et d'obtenir ainsi des
débits élevés.
Pour un mesurage de haute précision, des Venturi-tuyères usinés avec exactitude sont décrits pour des
applications à faible nombre de Reynolds.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1 Mesure de pression
2.1.1
prise de pression à la paroi
orifice percé dans la paroi d'une conduite de sorte que le bord de l'orifice soit arasé à la paroi intérieure de la
conduite
NOTE La prise est réalisée de telle manière que la pression dans l'orifice soit la pression statique en ce point de la
conduite
2.1.2
pression statique d'un gaz
pression réelle du gaz en écoulement, qui peut être mesurée en reliant un manomètre à une prise de pression
à la paroi
NOTE Seule la valeur de la pression statique absolue est utilisée dans la présente Norme internationale.
2.1.3
pression d'arrêt d'un gaz
pression qui règnerait dans le gaz si l'écoulement gazeux était amené au repos par un procédé isentropique
NOTE Seule la valeur de la pression d'arrêt absolue est utilisée dans la présente Norme internationale.
2.2 Mesure de température
2.2.1
température statique d'un gaz
température réelle du gaz en écoulement
NOTE Seule la valeur de la température statique absolue est utilisée dans la présente Norme internationale.
2.2.2
température d'arrêt d'un gaz
température qui régnerait dans le gaz si l'écoulement gazeux était amené au repos par un procédé
isentropique
NOTE Seule la valeur de la température d'arrêt absolue est utilisée dans la présente Norme internationale.
2.3 Venturi-tuyères
2.3.1
Venturi-tuyère
restriction convergente/divergente insérée dans un système de mesure de débit
2.3.2
Venturi-tuyère usiné normalement
Venturi-tuyère usiné au moyen d'un tour et dont la surface est polie pour obtenir la finition désirée
2.3.3
Venturi-tuyère usiné avec exactitude
Venturi-tuyère usiné au moyen d'un tour de haute précision pour obtenir un fini brillant sans polissage
2.3.4
col
section de diamètre minimal d'un Venturi-tuyère
2.3.5
Venturi-tuyère en régime critique
CFVN
Venturi-tuyère dont la configuration géométrique et les conditions d'utilisation sont telles que le débit au col
est critique
2.4 Écoulement
2.4.1
débit-masse
q
m
masse de gaz traversant le CFVN par unité de temps
NOTE Dans la présente Norme internationale, le débit est toujours un débit-masse.

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2.4.2
nombre de Reynolds au col
Re
nt
paramètre sans dimension calculé à partir du débit et de la viscosité dynamique du gaz dans les conditions
d'arrêt à l'entrée de la tuyère
NOTE La dimension caractéristique est prise égale au diamètre du col dans les conditions d'arrêt. Le nombre de
Reynolds au col est donné par la formule:
4q
m
Re =
nt
πd µ
2.4.3
exposant isentropique
κ
rapport de la variation relative de la pression à la variation relative de la masse volumique correspondante,
dans une transformation adiabatique réversible (isentropique) élémentaire
NOTE 1 L'exposant isentropique est donné par la formule:
ρρdpc
κ==

ppdρ

s
où
p est la pression statique absolue du gaz;
ρ est la masse volumique du gaz;
c est la vitesse locale du son;
s signifie «à entropie constante».
NOTE 2 Pour un gaz parfait, κ est égal au rapport des capacités thermiques massiques γ, et vaut 5/3 pour les gaz
monoatomiques, 7/5 pour les gaz diatomiques, 9/7 pour les gaz triatomiques, etc.
NOTE 3 Dans le cas d'un gaz réel, les forces qui s'exercent entre les molécules et le volume occupé par les molécules
ont un effet significatif sur le comportement du gaz. Dans le cas d'un gaz parfait, les forces intermoléculaires et le volume
des molécules sont considérés comme négligeables.
2.4.4
coefficient de décharge
C
d′
rapport sans dimension du débit réel au débit idéal d'un gaz non visqueux qui serait obtenu en écoulement
monodimensionnel isentropique dans les mêmes conditions d'arrêt à l'amont
NOTE Ce coefficient corrige les effets de viscosité et de courbure dans l'écoulement. Pour les types de tuyère et les
conditions d'installation spécifiés dans la présente Norme internationale, ce coefficient est fonction uniquement du nombre
de Reynolds au col.
2.4.5
écoulement critique
écoulement pour lequel le débit à travers un Venturi-tuyère donné est maximal dans des conditions données à
l'amont
NOTE Lorsque l'écoulement est critique, la vitesse au col est égale à la valeur locale de la vitesse du son (vitesse
acoustique), vitesse à laquelle se propagent de petites perturbations de pression.
2.4.6
fonction de débit critique
C
∗
fonction sans dimension qui caractérise les propriétés thermodynamiques d'un écoulement
monodimensionnel isentropique entre l'entrée et le col d'un Venturi-tuyère
NOTE Elle est fonction de la nature du gaz et des conditions d'arrêt (voir 4.2).
2.4.7
coefficient de débit critique d'un gaz réel
C
R
variante de la fonction de débit critique, plus pratique d'emploi pour les mélanges de gaz
NOTE Ce coefficient se déduit de la fonction de débit critique par la formule:
CC= Z
R ∗
2.4.8
rapport de pression critique
r
∗
rapport de la pression statique au col de la tuyère à la pression d'arrêt, pour lequel le débit-masse de gaz au
travers de la tuyère est maximal
NOTE Ce rapport est calculé conformément à l'équation donnée en 8.5.
2.4.9
taux de détente
rapport de la pression statique à l'aval de la tuyère à la pression d'arrêt à l'amont
2.4.10
nombre de Mach
Ma
〈conditions statiques à l'amont de la tuyère〉 rapport de la vitesse axiale moyenne du fluide à la vitesse du son
au niveau de la prise de pression à l'amont
2.4.11
facteur de compressibilité
Z
facteur de correction exprimant numériquement le fait que le comportement d'un gaz réel, dans des conditions
données de pression et de température, s'écarte de la loi des gaz parfaits
NOTE Il est défini par la formule:
pM
Z =
ρRT
où R, est la constante universelle des gaz, égale à 8,314 51 J/(mol·K).
2.5
incertitude
paramètre, associé au résultat d'un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs qui pourraient
raisonnablement être attribuées au mesurande
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3 Symboles
Symbole Description Dimension Unité SI
2 2
A Aire de la section de sortie du Venturi-tuyère L m
2 2
A Aire du col du Venturi-tuyère L m
nt
C Coefficient de décharge Sans dimension
d′
Coefficient de débit critique pour un écoulement monodimensionnel d'un Sans dimension
C
R
gaz réel
Fonction de débit critique pour un écoulement monodimensionnel d'un Sans dimension
C
∗
gaz réel
Fonction de débit critique pour un écoulement isentropique Sans dimension
C
∗i
monodimensionnel d'un gaz parfait
D Diamètre de la conduite à l'amont L m
d Diamètre du col du Venturi-tuyère L m
−1
M Masse molaire M kg mol
Ma Nombre de Mach au niveau de la prise de pression à l'amont Sans dimension
−1 −2
p Pression statique absolue du gaz à l'entrée de la tuyère ML T Pa
−1 −2
p Pression statique absolue du gaz à la sortie de la tuyère ML T Pa
−1 −2
p Pression d'arrêt absolue du gaz à l'entrée de la tuyère ML T Pa
−1 −2
p Pression statique absolue du gaz au col de la tuyère ML T Pa
nt
−1 −2
Pression statique absolue du gaz au col de la tuyère pour un ML T Pa
p
∗i
écoulement isentropique monodimensionnel d'un gaz parfait
Rapport de la pression statique à la sortie de la tuyère à la pression Sans dimension
(p /p ) d'arrêt à l'entrée pour un écoulement isentropique monodimensionnel
2 0 i
d'un gaz parfait
−1 −1
q Débit-masse MT kg·s
m
−1 −1
Débit-masse pour un écoulement isentropique monodimensionnel d'un MT kg·s
q
mi
gaz non visqueux
2 −2 −1 −1 −1
R Constante universelle des gaz M L T Θ J·mol K
Re Nombre de Reynolds au col de la tuyère Sans dimension
nt
r Rayon de courbure du convergent de la tuyère L m
c
r Rapport de pression critique p /p Sans dimension
∗
nt 0
U′ Incertitude relative Sans dimension
T Température absolue du gaz à l'entrée de la tuyère Θ K
T Température d'arrêt absolue du gaz à l'entrée de la tuyère Θ K
T Température statique absolue du gaz au col de la tuyère Θ K
nt
−1 −1
v Vitesse du son au col; vitesse critique de l'écoulement au col LT m·s
nt
Z Facteur de compressibilité Sans dimension
β Rapport des diamètres d/D Sans dimension
γ Rapport des diamètres Sans dimension
a a
δ Incertitude absolue
κ Exposant isentropique Sans dimension
−1 −1
µ Viscosité dynamique du gaz dans les conditions d'arrêt ML T Pa·s
−1 −1
µ Viscosité dynamique du gaz au col de la tuyère ML T Pa·s
nt
−3 −3
Masse volumique du gaz dans les conditions d'arrêt à l'entrée de la ML kg·m
ρ
tuyère
−3 −3
ρ Masse volumique du gaz au col de la tuyère ML kg·m
nt
M = masse L = longueur T = temps Θ = température
a
La même que celle de la grandeur correspondante.
4 Équations de base
4.1 Équation d'état
Le comportement d'un gaz réel peut être décrit par la formule:
pR
= TZ (1)

ρ M

4.2 Débit dans les conditions idéales
Pour obtenir un écoulement critique idéal, les trois conditions principales suivantes doivent être remplies:
a) l'écoulement est monodimensionnel;
b) l'écoulement est isentropique;
c) le gaz est parfait (c'est-à-dire Z = 1 et κ = γ).
Dans ces conditions, le débit critique est donné par
A Cp
nt ∗ 0
i
q = (2)
mi
R

T
 0
M

ou
qA= C p ρ (3)
mi nt ∗ 0 0
i
où
γ +1
 γ −1
C = γ (4)

∗
i
γ +1

4.3 Débit dans les conditions réelles
Dans les conditions réelles, la formule du débit critique devient:
A CC p
nt d′ ∗ 0
q = (5)
m
R

T
 0
M

ou
qA= CC p ρ (6)
m nt d′ R 0 0
puisque
CC= Z (7)
R0∗
où Z est la valeur du facteur de compressibilité dans les conditions d'arrêt à l'amont:
p M
Z = (8)
ρ RT
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Il convient de noter que C et C ne sont pas égaux à C car le gaz n'est pas parfait. C est inférieur à l'unité

∗ R ∗i d′
car l'écoulement n'est pas monodimensionnel et il existe une couche limite due aux effets de la viscosité.
4.4 Flux de masse critique
q
mi
Dans les conditions idéales de débit, le flux de masse critique est =
A
nt
q
m
Dans les conditions réelles de débit, le flux de masse critique est =
A C
′
nt d
5 Applications pour lesquelles la méthode est adaptée
Pour toute application, il convient de déterminer s'il est préférable d'utiliser un CFVN ou un autre appareil. Un
point important à prendre en compte est le fait que l'écoulement traversant le Venturi-tuyère est indépendant
de la pression à l'aval (voir 9.5) dans la plage de pression où le Venturi-tuyère peut être utilisé pour mesurer
l'écoulement critique.
Les points suivants seront également à prendre en considération.
Pour les CFVN, les seuls mesurages nécessaires sont ceux de la pression du gaz et de sa température ou de
sa masse volumique à l'amont du Venturi-tuyère critique, puisque les conditions au col peuvent être calculées
à partir des propriétés thermodynamiques.
Au col d'un CFVN, la vitesse d'écoulement est la plus grande possible dans les conditions d'arrêt données à
l'amont, et par conséquent la sensibilité aux conditions d'installation est minimale, sauf pour les écoulements
giratoires qui ne doivent pas exister à l'entrée du CFVN.
Comparé à celui observé dans les appareils déprimogènes subsoniques, le débit dans les CFVN est
directement proportionnel à la pression d'arrêt à l'amont de la tuyère et non, comme dans le cas des appareils
subsoniques, à la racine carrée de la pression différentielle mesurée.
La gamme maximale de débits pouvant être obtenue pour un CFVN donné est généralement limitée à la
gamme de pressions disponibles à l'entrée, supérieures à la valeur pour laquelle le débit devient critique.
Les applications les plus courantes des CFVN sont les essais, l'étalonnage et le contrôle de débit.
6 Venturi-tuyères en régime critique (CFVN) normalisés
6.1 Exigences générales
6.1.1 Matériaux
Le CFVN doit être fabriqué dans un matériau adapté à l'application envisagée. En particulier,
a) il convient que le matériau permette d'exécuter la finition requise (telle que décrite en 6.1.2 et 6.1.3);
certains matériaux sont inadéquats à cause de piqûres, de vides ou d'autres causes d'hétérogénéité;
b) le matériau et son éventuel traitement de surface ne doivent pas être sujets à la corrosion lors de
l'utilisation envisagée; et
c) il convient que le matériau soit dimensionnellement stable et ait des caractéristiques de dilatation
thermique connues et répétables (s'il doit être utilisé à une température différente de celle pour laquelle le
diamètre au col a été mesuré) de façon à permettre une correction appropriée du diamètre du col.
6.1.2 Finition du col et du convergent
Le col et le convergent toroïdal du CFVN doivent être polis jusqu'au divergent conique, de manière que la
−6
moyenne arithmétique de leur rugosité Ra soit inférieure à 15 × 10 d et à 0,04 µm, respectivement, pour les
Venturi-tuyères usinés normalement et ceux usinés avec exactitude.
Le col et le convergent toroïdal doivent être exempts de salissure ou d'autres polluants jusqu'au divergent
conique.
Dans le cas d'un CFVN usiné normalement, il est admis d'utiliser un Venturi-tuyère à col toroïdal dont le pas
du diamètre au col n'excède pas 10 % du diamètre du col.
6.1.3 Divergent conique
La section du divergent conique du CFVN doit être vérifiée pour s'assurer qu'aucun défaut, discontinuité,
irrégularité ou écart de concentricité n'est supérieur à 1 % du diamètre local. La moyenne arithmétique de la
−4
rugosité Ra du divergent conique doit être inférieure à 10 d.
6.2 Conception
6.2.1 Généralités
Il existe deux formes pour le col des CFVN normalisés: toroïdale et cylindrique. Les Venturi-tuyères usinés
avec exactitude doivent avoir un col toroïdal.
6.2.2 Venturi-tuyère à col toroïdal
6.2.2.1 Le CFVN doit être conforme aux spécifications illustrées à la Figure 1.
6.2.2.2 Pour permettre le repérage des autres éléments du système de mesure de débit par CFVN, le
plan d'entrée du CFVN est défini comme le plan perpendiculaire à l'axe de symétrie qui coupe le convergent à
un diamètre de 2,5d ± 0,1d.
6.2.2.3 Le convergent du CFVN (entrée) doit être une portion de tore allant du plan d'entrée au point de
tangence avec le divergent, en passant par la section d'aire minimale (col). Le profil du convergent à l'amont
du plan d'entrée (voir 6.2.2.2) n'est pas spécifié, sauf que le diamètre de toute section perpendiculaire à l'axe
doit être égal ou supérieur à celui du prolongement de la portion de tore.
6.2.2.4 La surface toroïdale du CFVN située entre le plan d'entrée et le divergent (voir Figure 1) ne doit
pas s'écarter de plus de ± 0,001d de la forme toroïdale. Le rayon de courbure r de cette surface toroïdale,
c
mesuré dans un plan contenant l'axe de symétrie, doit être compris entre 1,8d et 2,2d.
6.2.2.5 Le divergent du CFVN en aval du point de tangence avec le tore doit être un tronc de cône de
demi-angle au sommet entre 2,5° et 6°. La longueur du divergent doit être supérieure au diamètre du col.
6.2.2.6 Lors d'un mesurage au moyen d'un CFVN conforme à la présente Norme internationale, l'incertitude
du débit mesuré dépend en particulier de l'incertitude de l'aire de la section du col. Il est difficile de mesurer
précisément le diamètre du col d'un CFVN à col toroïdal, notamment pour les tuyères de petite dimension. Il
convient par conséquent de prendre toutes les précautions nécessaires.
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Légende
1 plan d'entrée
2 intersection de la surface toroïdale et du divergent
3 emplacement de l'instrument de mesure de la pression
a −6
Région dans laquelle la moyenne arithmétique de la rugosité Ra doit être inférieure à 15 × 10 d et 0,04 µm pour,
respectivement, les Venturi-tuyères usinés normalement et ceux usinés avec exactitude, et dans laquelle le profil ne doit
pas s'écarter de plus de ± 0,001d de la forme toroïdale.
b −4
Région dans laquelle la moyenne arithmétique de la rugosité doit être inférieure à 10 d.
c
Contour en dehors duquel doit se situer la surface d'entrée.
Figure 1 — Venturi-tuyère à col toroïdal
6.2.3 Venturi-tuyère à col cylindrique
6.2.3.1 Le CFVN doit être conforme aux spécifications illustrées à la Figure 2.
6.2.3.2 Le plan d'entrée du CFVN est défini comme le plan tangent au profil d'entrée et perpendiculaire à
l'axe de la tuyère.
6.2.3.3 Le convergent du Venturi-tuyère (entrée) doit être un quart de tore tangent d'une part au plan
d'entrée (voir 6.2.3.2) et d'autre part au col cylindrique. La longueur du col cylindrique et le rayon de
courbure r du quart de tore doivent être égaux au diamètre du col.
c
6.2.3.4 La surface toroïdale du convergent du CFVN ne doit pas s'écarter de plus de ± 0,001d de la
forme toroïdale.
6.2.3.5 Le débit doit être calculé à partir du diamètre moyen à la section de sortie du col cylindrique. Le
diamètre moyen doit être déterminé en mesurant au moins quatre diamètres régulièrement répartis sur la
circonférence de la sortie du col cylindrique. Aucun diamètre mesuré dans le col cylindrique ne doit s'écarter
de plus de ± 0,001d du diamètre moyen.
La longueur du col ne doit pas s'écarter de plus de 0,05d du diamètre du col. Le raccordement entre le quart
de tore et le col cylindrique doit être contrôlé visuellement et aucun défaut ne doit être observé. Lorsqu'un
défaut de raccordement est observé, le rayon de courbure local, mesuré dans un plan contenant l'axe de
symétrie, doit être vérifié et rester supérieur à 0,5d tout au long de la surface d'entrée (quart de tore et col
cylindrique). La Figure 3 illustre cette exigence.
La surface d'entrée et les surfaces du col doivent être convenablement polies, afin que la moyenne
−6
arithmétique de la rugosité Ra soit inférieure à 15 × 10 d.
Le raccordement entre le col cylindrique et le divergent doit également être contrôlé visuellement et aucun
défaut ne doit être observé.
6.2.3.6 Le divergent du CFVN est un tronc de cône de demi-angle au sommet entre 3° et 4°. La longueur
du divergent doit être supérieure au diamètre du col.

Légende
1 plan d'entrée
−4
2 divergent conique dont la moyenne arithmétique de la rugosité relative est inférieure à 10 d
3 zone de transition
a −6
Région dans laquelle la moyenne arithmétique de la rugosité Ra doit être inférieure à 15 × 10 d, et dans laquelle le
profil ne doit pas s'écarter de plus de ± 0,001d de la forme toroïdale et cylindrique.
Figure 2 — Venturi-tuyère à col cylindrique

Figure 3 — Détail du raccordement entre le quart de tore et le col cylindrique (zone de transition)
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7 Exigences relatives à l'installation
7.1 Généralités
La présente Norme internationale s'applique à l'installation de CFVN dans les deux cas suivants:
a) la canalisation à l'amont du CFVN est de section circulaire; ou
b) il peut être supposé qu'il existe un grand volume à l'amont du CFVN ou à l'amont d'un ensemble de
CFVN montés en groupe.
Dans le cas a), le CFVN doit être monté dans un circuit conforme aux exigences de 7.2.
Dans le cas b), le CFVN doit être monté dans un circuit conforme aux exigences de 7.3.
Dans les deux cas, il ne doit exister aucun écoulement giratoire à l'amont du CFVN. Lorsqu'il existe une
canalisation à l'amont de la tuyère, il est possible d'empêcher les écoulements giratoires en installant un
redresseur du modèle illustré à la Figure 4, à une distance l > 5D en amont du plan d'entrée, ou tout autre
type de dispositif de conditionnement de débit de modèle connu présentant des performances équivalentes
ou meilleures — voir [1] et [2] dans la Bibliographie.

Légende
1 plan d'entrée
2 redresseur en étoile avec des ailettes d'épaisseur suffisante pour empêcher les déformations
3 emplacement du capteur de température
4 emplacement de la prise de pression
a −4
Région dans laquelle la rugosité de surface doit être inférieure à 10 D.
Figure 4 — Exigences relatives à l'installation dans le cas d'une canalisation à l'amont
7.2 Canalisation à l'amont
L'élément primaire peut être monté dans une conduite rectiligne de section circulaire, qui doit être
concentrique à ± 0,02D près à l'axe du CFVN. Jusqu'à 3D en amont du CFVN, la conduite ne doit pas
présenter de défaut de circularité excédant 0,01D, et la moyenne arithmétique de la rugosité Ra doit être
−4
inférieure à 10 D. Le diamètre de la conduite d'entrée doit être au moins de 4d (β u 0,25).
Lorsque les contraintes d'installation à l'amont ne permettent pas de satisfaire l'exigence susmentionnée, il
est recommandé de réaliser des essais spécifiques pour étudier l'influence des conditions d'installation sur
l'incertitude de mesure du débit et/ou pour déterminer la valeur de C , lors d'un étalonnage primaire. La
d′
présente Norme internationale fournit une méthode de correction pour le calcul du débit-masse lorsque
β > 0,25.
7.3 Grand volume en amont
On peut admettre qu'il existe un grand volume à l'amont de l'élément primaire lorsqu'il n'y a pas de paroi à
moins de 5d de l'axe de l'élément primaire ou du plan d'entrée de l'élément primaire, tel que défini en
6.2.2.2 ou 6.2.3.2.
En présence d'un grand volume en amont ou de débits élevés, plusieurs CFVN peuvent être utilisés.
7.4 Exigences en aval
Aucune exigence n'est imposée sur la conduite de sortie, sauf qu'elle ne doit pas empêcher l'établissement
d'un régime critique dans le CFVN en restreignant l'écoulement.
7.5 Mesurage de la pression
7.5.1 Si une conduite de section circulaire est utilisée à l'amont de l'élément primaire, la pression statique à
l'amont doit de préférence être mesurée à l'aide d'une prise de pression à la paroi située à une distance entre
0,9D et 1,1D du plan d'entrée du Venturi-tuyère (voir Figures 1 et 4). La prise de pression à la paroi peut être
située en amont ou en aval de cette position à condition qu'il soit prouvé que la pression mesurée peut être
utilisée pour donner de manière fiable la pression d'arrêt à l'entrée de la tuyère.
7.5.2 S'il est admis qu'il existe un grand volume en amont de l'élément primaire, la prise de pression à
l'amont doit de préférence être située sur une paroi perpendiculaire au plan d'entrée de l'élément primaire, et
à une distance maximale de 10d ± 1d de ce plan. La prise de pression à la paroi peut être située en amont ou
en aval de cette position à condition qu'il soit prouvé que la pression mesurée peut être utilisée pour donner
de manière fiable la pression d'arrêt à l'entrée de la tuyère.
7.5.3 Dans le cas décrit en 7.5.1, et de préférence aussi dans celui décrit en 7.5.2, l'axe de la prise de
pression doit couper l'axe de l'élément primaire à angle droit. À la débouchure, l'orifice doit être circulaire. Les
arêtes ne doivent pas comporter de bavures et doivent être vives ou avec un léger arrondi à un rayon
n'excédant pas 0,1 fois le diamètre de la prise de pression à la paroi. La conformité des prises de pression à
ces exigences doit être jugée par simple contrôle visuel. Si une canalisation est utilisée en amont, le diamètre
de la prise de pression doit être inférieur à 0,08D et à 12 mm. La prise de pression doit être cylindrique sur
une longueur d'au moins 2,5 fois son diamètre (voir Figure 5).
Dimensions en millimètres
a
Arête de l'orifice arasée par rapport à la surface intérieure de la conduite, sans bavure, et vive ou avec un léger
arrondi à un rayon n'excédant pas 0,1d .
t
Figure 5 — Détail d'une prise de pression à la paroi lors de l'utilisation d'une canalisation à l'amont
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7.5.4 La pression doit être mesurée à l'aval afin de s'assurer que l'écoulement critique est maintenu. Elle
doit être mesurée à l'aide d'une prise de pression à la paroi située à moins de 0,5 fois le diamètre de conduite
dans le plan de sortie du divergent.
L'écoulement critique peut également être vérifié en mesurant la pression de paroi au niveau situé
immédiatement à l'aval du col de la tuyère. Cette méthode nécessite un usinage particulier du CFVN
(voir 6.1.3).
7.5.5 Dans certaines applications, la pression de sortie peut être déterminée sans utiliser de prise de
pression à la paroi. Par exemple, un CFVN peut débiter directement dans l'atmosphère ou dans une zone de
pression connue. Dans de telles applications, il n'est pas nécessaire de mesurer la pression de sortie.
7.6 Orifices de purge
La conduite peut être équipée d'orifices de purge nécessaires à l'évacuation de condensats ou d'autres
substances étrangères pouvant être collectées dans certaines applications. Il convient que les orifices de
purge ne soient le siège d'aucun écoulement lorsqu'un mesurage de débit est en cours. Lorsque des orifices
de purge sont nécessaires, ils doivent être situés à l'amont de la prise de pression à la paroi située à l'amont
de la tuyère. Il convient que le diamètre des orifices de purge soit inférieur à 0,06D. La distance axiale de
l'orifice de purge au plan de prise de pression à l'amont doit être supérieure à D et l'orifice doit se situer dans
un plan axial différent de celui de la prise de pression.
Lors du mesurage, l'écoulement doit être monophasique à l'amont, il ne doit pas se produire de condensation
au niveau du col, toutes les surfaces doivent rester propres et donc conserver leur finition. Si ces exigences
ne peuvent pas être satisfaites, le mesurage ne peut pas être conforme à la présente Norme internationale.
7.7 Mesurage de la température
La température à l'entrée doit être mesurée à l'aide d'un ou de plusieurs capteurs situés en amont du CFVN.
Lorsqu'une canalisation à l'amont est utilisée, l'emplacement recommandé de ces capteurs est entre
1,8D et 2,2D à l'amont du plan d'entrée du CFVN. L'élément sensible doit avoir un diamètre inférieur à 0,04D
et ne pas être aligné avec une prise de pression à la paroi dans la direction de l'écoulement. Lorsqu'en
pratique, il est impossible d'utiliser un élément sensible de diamètre inférieur à 0,04D, il faut le placer de façon
à pouvoir prouver qu'il ne perturbe pas le mesurage de pression. Le capteur peut être situé davantage à
l'amont à condition qu'il soit prouvé que la température mesurée peut être utilisée pour donner de manière
fiable la température d'arrêt à l'entrée de la tuyère.
Il faut accorder un soin particulier au choix du capteur de température et de l'isolation de la canalisation
lorsque la température d'arrêt du gaz en écoulement diffère de plus de 5 K de celle du milieu environnant.
Dans un tel cas, le capteur choisi doit être insensible au rayonnement et la canalisation doit être bien isolée
pour réduire au minimum l'échange de chaleur entre le gaz en écoulement et le milieu environnant. Si la
différence des températures du gaz en écoulement et des parois de la canalisation est significative, il est très
difficile de mesurer la température du gaz avec exactitude.
7.8 Mesurage de la masse volumique
Dans certaines applications, il peut être souhaitable de mesurer directement la masse volumique du gaz à
l'entrée de la tuyère, par exemple lorsque la masse molaire du gaz n'est pas connue avec une exactitude
suffisante.
Lorsqu'un capteur de masse volumique est utilisé, il doit être situé à l'amont de la tuyère et des prises amont
de pression et de température. Pour réaliser un mesurage correct de la masse volumique en entrée, les
points suivants doivent être examinés avec une attention particulière.
a) L'installation du capteur de masse volumique ne doit pas perturber les mesurages de pression et de
température.
b) Lorsque le capteur de masse volumique est situé à l'extérieur de la canalisation principale amont, des
vérifications doivent être effectuées afin de s'assurer que le gaz circulant dans l'appareil est le même que
celui qui circule dans la conduite principale.
c) Il convient que les conditions de pression et de température au niveau du capteur de masse volumique
soient aussi proches que possible de celles régnant à l'entrée de la tuyère, afin d'éviter les corrections. Si
nécessaire, la masse volumique à l'entrée doit être déduite de la masse volumique mesurée en utilisant
l'équation d'état:
pT Z
0 den den
ρρ= (9)
0den
pTZ
den 0 0
où
den est un souscrit signifiant «relatif au capteur de masse volumique»;
T est la température qu'il convient de mesurer;
den
p est la pression qu'il convient de déterminer en mesurant la différence par rapport à p ;
den 0
Z /Z est calculé sur la base des spécifications de 7.9.
den 0
7.9 Masse volumique calculée
Au lieu de mesurer la masse volumique, il est admis de la calculer en utilisant la composition du gaz,
déterminée par chromatographie en phase gazeuse, et une équation reconnue, telle que celle proposée dans
[3]
l'ISO 6976:1995 en particulier. L'incertitude de la méthode est aussi bonne que celle obtenue avec un
capteur de masse volumique.
8 Méthodes de calcul
8.1 Débit-masse
Le débit-masse réel doit être calculé d'après l'une des équations suivantes:
A CC p
nt d′ ∗ 0
q =
m
R

T

M

ou
qA= CC p ρ
m nt d′ R 0 0
où A est calculée à partir de la valeur de d.
nt
8.2 Coefficient de décharge, C
d′
8.2.1 Le coefficient de décharge dépend dans une large mesure de la forme du CFVN et il faut noter qu'aux
faibles valeurs de diamètre du col, la géométrie de la tuyère est très difficile à contrôler et à mesurer (voir
6.2.2.6).
8.2.2 Le coefficient de décharge d'un CFVN peut être obtenu à l'aide de l'équation suivante:
−n
Ca=−bRe (10)
dn′ t
Les coefficients a, b et n sont donnés dans le Tableau 1 pour chaque type de CFVN dans la gamme de
nombre de Reynolds où ils peuvent être utilisés.
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Tableau 1 — Coefficients a, b et n
Venturi-tuyère à col toroïdal
a = 0,995 9
4 7
2,1 × 10 < Re < 3,2 × 10
b = 2,720
nt
n = +0,5
Venturi-tuyère à col toroïdal
usiné avec exactitude
a = 0,998 5
4 6
2,1 × 10 < Re < 1,4 × 10
b = 3,412
nt
n = +0,5
Venturi-tuyère à col cylindrique
a = 0,997 6
5 7
3,5 × 10 < Re < 1,1 × 10 b = 0,138 8
nt
n = +0,2
8.2.3 L'incertitude relative des coefficients de décharge obtenue de l'Équation (10) est de 0,3 %, pour un
niveau de confiance de 95 %, pour le Venturi-tuyère à col toroïdal et celui à col cylindrique. Pour la tuyère
usinée avec exactitude, l'incertitude relative des coefficients de décharge est de 0,2 % pour un niveau de
confiance de 95 %.
Les valeurs des coefficients de décharge sont données dans l'Annexe A.
8.3 Fonction de débit critique, C , et coefficient de débit critique d'un gaz réel, C
∗ R
La valeur de C utilisée pour calculer le débit-masse du gaz peut être évaluée à l'aide de toute méthode dont
∗
l'exactitude peut être prouvée.
Des valeurs de C pour divers gaz sont données dans l'Annexe B. L'incertitude relative de C obtenue d'après
∗ ∗
l'Annexe B est de 0,1 % pour un niveau de confiance de 95 %.
Une méthode applicable au calcul de C et de ce fait de C pour les gaz naturels utilise le Rapport

∗ R
[4]
AGA No. 8 (1992) comme équation d'état. Cette approche permet d'obtenir une incertitude relative sur C
∗
de 0,05 % pour un niveau de confiance de 95 %. Il est également possible d'utiliser toute autre équation d'état
d'incertitude comparable.
Une méthode de calcul de C pour les mélanges de gaz naturels à partir du calcul du flux de masse critique
∗
est donnée dans l'Annexe C. L'incertitude relative pour q /(A C ) obtenue d'après l'Annexe C est de 0,1 %
m nt d′
pour un niveau de confiance de 95 %.
8.4 Conversion de la pression et de la température mesurées aux conditions d'arrêt
La pression d'arrêt à l'entrée, p , peut être déterminée par la formule:
κ
p κ −1
1 ()
0 2
=+1(κ−1)Ma (11)

p 2

...