摘(zhāi)要：測(cè)量大(dà)管徑、大流(liú)量管道(dào)流量(liàng)時(shí)常用(yòng)的各類流(liú)量計 精(jīng)度較低、價格(gé)昂貴、安裝(zhuāng)複雜。差壓式流(liú)量計應(yīng)用廣泛(fàn)且造(zào)價低，但精度較低，項目旨(zhǐ)在研究差壓式(shì)流量(liàng)計用于大(dà)管徑(jìng)低流速的(de)液體(tǐ)測(cè)量時會(huì)因差壓(yā)太小測量精(jīng)度低這個缺點進行改造(zào)。提出(chū)利用彎(wān)道(dào)布置流量(liàng)計，依據彎道(dào)管内水(shuǐ)動力學規律，研究彎道内總流(liú)量與旁通(tōng)管内流量關系，通過(guò)實驗研究率定設備(bèi)參數。
1概述(shù)
　　近年來，我國大量水(shuǐ)利科研(yán)工(gōng)作者緻力(lì)于各(gè)種流量計的研(yán)發，并取得(dé)了重(zhòng)大的進展，國産(chǎn)流量計不(bú)論是在性能上還是(shì)在技(jì)術上均已(yǐ)經處于國際領(lǐng)先水(shuǐ)平。但在測(cè)量150mm以上口徑的(de)管道(dào)流(liú)量(liàng)上，目前的(de)加工制造技術還比較落(luò)後，不能生(shēng)産出(chū)滿意的優質産品。目前國内外(wài)學者對大(dà)管徑、大流速的流量(liàng)計(jì)開展了廣泛(fàn)的研(yán)究，針(zhēn)對矩(jǔ)形大口徑彎道(dào)流量計(jì)壓強分布問題，通(tōng)過對大量數據(jù)進行(háng)處理(lǐ)，推導出針(zhēn)對不同位置、不同斷面的(de)大口徑彎(wān)道流量計(jì)的(de)流量系數公(gōng)式；針對流量(liàng)系數與(yǔ)彎管(guǎn)直徑的變化規律的(de)問題，利用rngk-＆湍流模型，研究了彎(wān)管内(nèi)外壁壓強沿程分布和彎(wān)徑比對彎道壓(yā)強的(de)影響，進而推求出不(bú)同彎(wān)徑比、不同管徑(jìng)情況(kuàng)下流量壓(yā)差之間的關系(xì)；中國計量學院(yuàn)以50毫(háo)米(mǐ)管徑爲(wèi)實驗前提，經過(guò)大量實驗研發(fā)了一(yī)種(zhǒng)新型的(de)差壓式(shì)流量計(jì)-雙錐流量計，并(bìng)将fluent仿真(zhēn)軟件與實流實驗相結合，研究(jiū)雙(shuāng)錐流(liú)量計(jì)流出系數在雙錐直徑比(bǐ)作用下的(de)流(liú)量規律。
2理(lǐ)論(lùn)分析(xī)
　　通過分析 差壓(yā)式流(liú)量(liàng)計 精度(dù)低的原因(yīn)，研究(jiū)分析(xī)流(liú)速(sù)與壓(yā)差的(de)關系式，運(yùn)用彎(wān)道管内水(shuǐ)動力學(xué)規律，設計(jì)一種新型的(de)彎道旁通流量(liàng)計，以(yǐ)解(jiě)決差壓(yā)式流量(liàng)計用于大管徑低流速(sù)的液體測量時(shí)會導(dǎo)緻(zhì)差壓太(tài)小從而變(biàn)測量(liàng)不出來或(huò)者測(cè)量精(jīng)度低這個缺點。理論(lùn)上，流(liú)體流經彎管，在(zài)彎曲部分(fèn)的任(rèn)意一(yī)個圓截面(miàn)上産(chǎn)生的動量(liàng)矩是(shì)大緻(zhì)相同的。但(dàn)由于彎道離心力(lì)的(de)作用，流體(tǐ)在(zài)彎道内外兩(liǎng)側(cè)之(zhī)間将(jiāng)産生一(yī)定(dìng)的壓(yā)力差，促使(shǐ)流體(tǐ)在旁通管(guǎn)内流(liú)動。當彎道(dào)内總流量不同時，旁(páng)通管流量(liàng)大小存在(zài)較大差(chà)異(yì)，旁通管内(nèi)流量大小(xiǎo)取決于彎(wān)道内總流(liú)量。
2.1彎道管内水(shuǐ)流運(yùn)動規律
　　爲避(bì)免(miǎn)複雜(zá)的彎(wān)道水(shuǐ)流運動(dòng)對(duì)實驗研究(jiū)産生的不利因素(sù)，現(xiàn)假設(shè)彎道(dào)内的水流(liú)爲理想(xiǎng)流(liú)體且爲恒定(dìng)流，各種(zhǒng)運動要(yào)素(sù)均不(bú)随時(shí)間改變，彎(wān)管内的(de)水流随水流(liú)的運動得以充分(fèn)發(fā)展。因水流(liú)受到彎管(guǎn)内(nèi)壁的約束作用，當彎管通水(shuǐ)時，該作用迫使(shǐ)水流(liú)改變原趨(qū)勢運動(dòng)方向，随(suí)着此(cǐ)約束的不(bú)斷增強，水流沿(yán)彎道作(zuò)急變流(liú)曲線運動(dòng)。根據以上分析(xī)：彎道(dào)管内的(de)水流運動實際上是理(lǐ)想流體(tǐ)所作的曲線有勢運動(dòng)，且該(gāi)運動以彎(wān)道曲率爲(wèi)中心(xīn)。進一步分(fèn)析分(fèn)布于該彎管中(zhōng)任意過水斷面的水(shuǐ)流(liú)如下：在(zài)彎道中任取n-n過(guò)水斷面，并于水(shuǐ)平線成夾角α，在所截取的過水斷面上(shàng)取一微(wēi)分柱體(tǐ)，設彎管(guǎn)同一過水斷(duàn)面(miàn)内、外兩點的流速與壓強分别(bié)爲v1、v2和p1、p2，彎管的内半徑爲r0，彎(wān)道中(zhōng)任意點的流速(sù)爲u0，管道截(jié)面内(nèi)任意一點距圓(yuán)形管(guǎn)道(dào)中(zhōng)心的距(jù)離(lí)爲(wèi)r，該微分(fèn)柱體兩端形心(xīn)點離基(jī)準(zhǔn)面高度分别(bié)爲(wèi)z1和z2，作用在(zài)微分(fèn)柱體(tǐ)上的力在n方向上的投影分别(bié)爲該柱體(tǐ)兩端(duān)面上(shàng)的動(dòng)水壓(yā)力與，其自重沿(yán)n方(fāng)向(xiàng)的(de)投(tóu)影，其(qí)所受的離心慣性力爲，在理想(xiǎng)流體的(de)勢流流動中(zhōng)，由于n方向(xiàng)與流線正交，此(cǐ)方向上各力代數和爲零(líng)，有：

　　由以上推(tuī)導(dǎo)有：曲(qǔ)率中(zhōng)心越近，流速越大(dà)，壓(yā)強越(yuè)小，旁通(tōng)管内流量較小(xiǎo)；反之，則(zé)流速越(yuè)小(xiǎo)，壓強(qiáng)越大，旁通管内(nèi)流量較(jiào)大。
2.2研究(jiū)方法
　　從研(yán)究彎道管内水流運(yùn)動規律出發，根(gēn)據現有的研究技(jì)術嘗試(shì)性的(de)研究彎道(dào)角度(dù)、管道(dào)直徑(jìng)、流速(sù)對彎(wān)管(guǎn)内(nèi)總流量與旁通管内(nèi)流量關系的影響，研發出該裝(zhuāng)置，進行實(shí)驗驗(yàn)證與分析，利用(yòng)能量(liàng)方程、動量(liàng)方程(chéng)，最終(zhōng)結合(hé)實驗數據(jù)得出(chū)彎道内總流量(liàng)與旁通管内流(liú)量關(guān)系(xì)，從而提(tí)高對大(dà)管徑低(dī)流速的液體進(jìn)行流(liú)量(liàng)測定時的精度(dù)。假(jiǎ)設彎管内的(de)流體爲不可(kě)壓縮(suō)的實(shí)際流體，其(qí)可連續穩定的流經(jīng)彎管(guǎn)，彎(wān)管(guǎn)内流動的(de)流體滿足連續性方(fāng)程、能(néng)量方程和(hé)動量(liàng)方程等。綜上可見，對于既定的(de)彎管(guǎn)，通過(guò)測定(dìng)流體(tǐ)流經彎管(guǎn)時産生的壓(yā)力差和流體相關(guān)參數，利(lì)用電磁(cí)流量(liàng)計測(cè)出旁(páng)通管流量，繼而(ér)推求出主管道内總流量。
3流量關系公式(shì)的實驗驗證(zhèng)
　　彎道内(nèi)總流(liú)量(liàng)-旁通管(guǎn)内流量實驗裝置的(de)設(shè)計：
　　爲了對推導(dǎo)流量關(guān)系基(jī)本(běn)公(gōng)式進行實驗(yàn)驗(yàn)證、并(bìng)對基本公式(shì)中(zhōng)流量(liàng)參數(shù)的變化規(guī)律進行研(yán)究，采(cǎi)用實驗裝(zhuāng)置進行了實驗(yàn)測量(liàng)。測量(liàng)儀(yí)器(qì)準備就(jiù)緒(xù)後，開啓水泵向(xiàng)管路(lù)中充(chōng)水。按(àn)不同(tóng)開度打開控制閥門，待管道中(zhōng)水流穩(wěn)定後，使經濟流速分别控制在，同(tóng)時分别讀(dú)取電(diàn)磁流(liú)量計和電(diàn)子渦(wō)輪流(liú)量(liàng)計的讀(dú)數。當閥(fá)門達到(dào)最大(dà)開(kāi)度後，再(zài)逐漸關閉(bì)控制閥門，按(àn)同樣(yàng)方法讀取和記錄測量數(shù)據。取同(tóng)一開度兩(liǎng)次數(shù)據平均值作爲(wèi)該開度(dù)下的測(cè)量數據。
4測試結(jié)果分析(xī)
　　經(jīng)過多次模拟及模型(xíng)試(shì)驗，通過改變(biàn)彎管上測壓孔(kǒng)的位(wèi)置與(yǔ)彎道(dào)管徑，即改變壓(yā)力作用(yòng)點，改變(biàn)彎(wān)管總流量發(fā)現：
　　當流體(tǐ)進入(rù)彎管(guǎn)後，因爲彎(wān)道外壁對流體(tǐ)産生一定的導(dǎo)流(liú)作用，流(liú)體在作圓(yuán)周(zhōu)運(yùn)動時(shí)所産生的離心(xīn)力作用于彎管的内外兩(liǎng)側,使彎道(dào)内外兩側(cè)産生一個壓(yā)力(lì)差，這個壓力差(chà)促使流(liú)體在旁(páng)通管内流動， 電(diàn)磁流量計 測量流經旁通管(guǎn)内(nèi)的流量，測壓孔(kǒng)取在彎管45°截面(miàn)時旁通管内流(liú)量達(dá)到最(zuì)大，最(zuì)穩定；測壓孔取(qǔ)在彎管(guǎn)22.5°截(jié)面時(shí)旁通管(guǎn)内(nèi)流量(liàng)測量(liàng)值誤(wù)差較大，但(dàn)具有較好(hǎo)的重現性；測壓(yā)孔取在彎(wān)管67.5°截(jié)面時旁通管内(nèi)流量測(cè)量(liàng)誤差(chà)值呈發散現象(xiàng)。
5結論(lùn)與展望(wàng)
5.1結(jié)論
　　本(běn)設計采用(yòng)模拟(nǐ)與模型試(shì)驗相結合的方(fāng)法(fǎ)綜合分析研(yán)究了(le)管(guǎn)道(dào)彎道(dào)旁通(tōng)流量計的(de)特性并得出以(yǐ)下主(zhǔ)要(yào)結論：
（1）由(yóu)于彎(wān)道離心力(lì)的作用，流(liú)體在(zài)彎道内外兩側之間将産生一(yī)定的壓力差，促(cù)使流體在(zài)旁通(tōng)管内流動。
（2）當彎管内(nèi)總流量不同時(shí)，旁通管流量大小存(cún)在較(jiào)大差異，此流量(liàng)的大小與彎管内總(zǒng)流量有關(guān)。
（3）通過觀(guān)測旁通(tōng)所聯通的電磁(cí)流量計讀(dú)數，确(què)定小彎管内(nèi)的(de)流量(liàng)，根(gēn)據(jù)模拟(nǐ)出的大(dà)小彎管(guǎn)之間的(de)流量大小關(guān)系，從而推(tuī)知管(guǎn)道(dào)内(nèi)總(zǒng)流(liú)量，且(qiě)測壓(yā)孔取(qǔ)在彎管(guǎn)45°截(jié)面時(shí)，所推求的管道(dào)内總流(liú)量(liàng)與實際流量誤差最(zuì)小。本課題(tí)創造性的提出利用(yòng)彎道(dào)布置(zhì)流量計，依據彎道管(guǎn)内水動力學(xué)規(guī)律，研(yán)究彎道内(nèi)總流量與(yǔ)旁通管内(nèi)流量(liàng)關系(xì)，通(tōng)過實驗研究(jiū)率定(dìng)設備(bèi)參數(shù)，應用前(qián)景廣闊。
5.2展望(wàng)
　　需(xū)要指出(chū)的是，管道(dào)彎道(dào)旁通(tōng)流量計是(shì)一種(zhǒng)新型(xíng)的結(jié)構型式，目前在(zài)此方面(miàn)的國内外的(de)理論研究(jiū)和實踐較(jiào)少，因(yīn)此，要(yào)使(shǐ)這(zhè)種新(xīn)型結構盡(jìn)快得到廣泛(fàn)使用，還(hái)需要進一(yī)步深(shēn)入探讨。本設計(jì)模拟(nǐ)與(yǔ)模型試(shì)驗對管(guǎn)道(dào)彎道(dào)旁通流(liú)量計的(de)特性(xìng)進行了研究，但仍有(yǒu)不足(zú)之處，在(zài)以後(hòu)的(de)研究(jiū)中可(kě)以從以下幾方面考(kǎo)慮：
（1）本設計中以恒定(dìng)理想液體(tǐ)爲基(jī)礎進行的(de)試驗(yàn)，但在實際(jì)工程中(zhōng)，流(liú)體通常爲(wèi)非恒定流(liú)，因此，以(yǐ)後的研究應(yīng)在非恒定(dìng)流作用下進行。
（2）本設(shè)計(jì)中采用的彎(wān)道管(guǎn)徑爲200mm和300mm，在(zài)以後的研(yán)究應采(cǎi)用(yòng)管(guǎn)徑更大(dà)的彎管進(jìn)行試驗，以調整參數(shù)的變化的(de)範圍，使經驗公(gōng)式具(jù)有普遍(biàn)适(shì)用性(xìng)。

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