摘(zhāi)要:利用常壓氣(qì)體作爲流動(dòng)介質，以流出系數(shù)平均相對(duì)誤差、線性度和不确(què)定(dìng)度爲(wèi)評(píng)價指(zhǐ)标，通過實流實(shí)驗。研究(jiū)上(shàng)遊組合管(guǎn)件對(duì)v 錐流量計(jì) 測量(liàng)性能的影(yǐng)響。在上遊(yóu)相同阻流件條(tiáo)件下(xià)建模(mó)仿真,對v錐流(liú)量(liàng)計和(hé)孔闆流量計的(de)結構進行對比(bǐ)。
0引言(yán)
　　v錐流(liú)量(liàng)計(jì)尚未實(shí)現國際(jì)國内甚(shèn)至行業(yè)範圍内的标準(zhǔn)化，目(mù)前(qián)僅獲得(dé)加拿大工業部的天然(rán)氣密閉(bì)管輸交接準入認可(kě)、美國機械工(gōng)程師協會的(de)制造(zào)認可等(děng)。自(zì)2003年以來,國内也(yě)在積極(jí)開展對(duì)v錐流(liú)量計的推廣和使(shǐ)用(yòng)工作(zuò)，然而(ér)生(shēng)産廠家(jiā)對量(liàng)程比(bǐ)、壓力(lì)損失(shī)、精(jīng)度等關(guān)鍵技術指(zhǐ)标乃至安裝(zhuāng)條件都(dōu)直接(jiē)采取美國mecrometer公司産品(pǐn)說明(míng)書的方式。國内(nèi)關于v錐流量計(jì)安裝使用條件(jiàn)的實驗研(yán)究鮮(xiān)見報道。
　　對dn100球閥(fá)+ dn100單彎頭(tóu), dn150球(qiú)閥+ dn150變dn100漸縮(suō)管,dn150球閥+ 90°單(dān)彎(wān)頭+ dn150變(biàn)d100漸縮管(guǎn), dn150球閥+90°單彎頭+dn150變(biàn)dn100漸縮(suō)管(guǎn)+ 90°單(dān)彎頭這四(sì)種(zhǒng)阻(zǔ)流件(jiàn)組合(hé)形式,通過改變(biàn)前(qián)直管段(duàn)長度對v錐流量計的(de)測量精度(dù)進行(háng)實(shí)流實驗(yàn)，從而得出在上(shàng)述四種阻(zǔ)流件(jiàn)組合的工況,v錐(zhuī)流量計的(de)測量(liàng)性能變(biàn)化趨勢(shì)。　還通(tōng)過模拟仿(páng)真對(duì)v錐流量計(jì)和 孔闆流(liú)量計(jì) 的結構(gòu)進行對(duì)比。
1安(ān)裝條件對(duì)v錐流(liú)量計測量(liàng)精(jīng)度影響的實驗研(yán)究
1.1 v錐流(liú)量(liàng)計的(de)基(jī)準(zhǔn)實驗(yàn)
　　用于v錐(zhuī)流量計直管(guǎn)段長(zhǎng)50d,後直(zhí)管段(duàn)長3d,管道内(nèi)流體流動(dòng)爲充分發展的淌流(liú)狀态06團(tuán)團(tuán)團[51。前期大量文獻表(biǎo)明，前直管段長(zhǎng)度達到50d時,可以(yǐ)認爲流場(chǎng)已經充分發展:同時(shí)，後直管(guǎn)段達到3d,不會影響v錐量(liàng)計的流(liú)出系數。故上(shàng)遊(yóu)阻流件(jiàn)實驗結(jié)果均按(àn)照前直(zhí)管段50d,後(hòu)直管段3d爲基準(zhǔn)進行(háng)比較，從而(ér)得到(dào)流出系數和流出系數相(xiàng)對誤差的(de)變化情(qíng)況(kuàng)。
1.2.上遊阻流(liú)件對v錐(zhuī)流量(liàng)計(jì)測量精(jīng)度影響的實驗研究.
1.2.1. 上(shàng)遊阻流(liú)件類型(xíng)一 dn100球(qiú)閥+ dn100單彎頭的實驗研究
　　阻流件(jiàn)類型(xíng)爲dn100球(qiú)閥+ dn100單彎(wān)頭的雷(léi)諾數(shù)流出系數(shù)曲線圖如圖1所(suǒ)示，從圖(tú)中(zhōng)可以看出(chū),在雷諾數(shù)大于80 000時随着前直管段長度的縮短，流出(chū)系數(shù)呈遞(dì)增趨勢(shì):當(dāng)雷諾數小于80 000時，流出系數随前(qián)直管(guǎn)段長度變(biàn)化無(wú)明顯增減(jiǎn)趨勢,無(wú)法進行(háng)有規律的判斷(duàn)。同時和(hé)基準實(shí)驗數據相差比(bǐ)較大(dà),當雷諾數(shù)在250 000那(nà)點時,基準(zhǔn)實驗的數(shù)據和(hé)其他的很接近(jìn)。

　　從表1可(kě)以(yǐ)看出(chū)，當直管段長度(dù)小于3d時，随着(zhe)直(zhí)管段長度的縮短，平(píng)均相(xiàng)對誤(wù)差呈遞增趨勢(shì):當直管段(duàn)長度(dù)大于3d時(shí)，平均相(xiàng)對誤差(chà)變化不大。此變(biàn)化趨勢(shì)也可(kě)見圖2所示(shì)。

1.2.2上遊(yóu)阻(zǔ)流(liú)件類(lèi)型- -dn150 球閥+ dn150變dn100漸縮(suō)管的實驗研究(jiū)
　　阻流(liú)件(jiàn)類(lèi)型爲(wèi)dn150 球閥(fá)+ dn150變dn100漸縮管(guǎn)的雷諾數(shù)流出(chū)系數曲線圖(tú)如圖3所示(shì)，從(cóng)圖中(zhōng)可以看(kàn)出,随着(zhe)前直管段長度(dù)的改(gǎi)變,流出系(xì)數基本不變，但略小(xiǎo)于基準實(shí)驗流(liú)出(chū)系數。

　　從表2和圖4可以看(kàn)出,在(zài)該工況下(xià)，雖然(rán)存在(zài)流.出系數相對(duì)誤差(chà),但前(qián)直管段長(zhǎng)度對(duì)流出(chū)系數(shù)的影(yǐng)響基本可(kě)以忽略，且(qiě)相對誤差(chà)也(yě)不是很(hěn)大。

1.2.3. 上遊(yóu)阻(zǔ)流件(jiàn)類型(xíng)- -dn150球閥+90*單彎(wān)頭(tóu)+dni50變d100漸縮(suō)管的(de)實驗(yàn)研究
　　阻流(liú)件類型爲(wèi)dn150球閥(fá)+90°單彎(wān)頭(tóu)+ dn150變(biàn)dn100漸縮(suō)管的雷諾數流(liú)出系(xì)數曲線圖(tú)如圖5所示，從(cóng)圖(tú)中可(kě)以看(kàn)出,随(suí)着前直(zhí)管段長(zhǎng)度的(de)縮短，流出系數呈遞(dì)減趨(qū)勢。

　　從(cóng)表3和(hé)圖(tú)6可(kě)以看出(chū)，随(suí)着前(qián)直管(guǎn)段(duàn)長度的(de)增長(zhǎng)，流出系數(shù)相對誤差呈減(jiǎn)小趨勢。


1.2.4. 上(shàng)遊阻流件(jiàn)類型(xíng)一-dn150球(qiú)閥+90°單彎(wān)頭+dn150變dn100漸縮管+90°單(dān)彎頭的(de)實驗研究
阻流(liú)件類(lèi)型爲dn150球閥(fá)+ 90°單彎頭+ dn150變dn100漸縮管+90°單彎(wān)頭的雷(léi)諾數流出(chū)系數曲線圖如圖7所(suǒ)示，流出系(xì)數均略大(dà)于(yú)基準實(shí)驗流(liú)出(chū)系數，且(qiě)改變(biàn)前直管段長度對流(liú)出系(xì)數的(de)影響很小。

從表4和圖(tú)8可以看出，平(píng)均相對(duì)誤差與前直管(guǎn)段長度無明顯(xiǎn)關系(xì)，且偏差(chà)均不大(dà)。

2v錐(zhuī)流量計和孔闆流量計(jì)結構(gòu)的模(mó)拟仿真對比
　　v錐流量(liàng)計作爲一-種(zhǒng)新(xīn)型的差壓(yā)式流量計,其工(gōng)作原(yuán)理和孔(kǒng)闆流量(liàng)計相(xiàng)同。介(jiè)質通(tōng)過v錐時,由(yóu)于(yú)阻(zǔ)流件v錐的存在(zài)，使得流體(tǐ)的流(liú)過面(miàn)積發生變(biàn)化，從而流速發(fā)生變化。根(gēn)據伯(bó)努利方程(chéng)，流速(sù)的變化引起.壓(yā)力的(de)變化(huà)，該壓(yā)力的(de)變化(huà)與介(jiè)質的流速之間(jiān)存在一

　　變dn100漸縮(suō)管+90°單彎頭(tóu)的流出系(xì)數相對誤(wù)差曲線(xiàn)定的關系。因此，可通過(guò)測量(liàng)錐體前後(hòu)的差壓(yā)達到測(cè)量流體流量的(de)目的(de)。雖然與孔(kǒng)闆原(yuán)理(lǐ)一樣，但(dàn)是最(zuì)本(běn)質(zhì)的區(qū)别在于(yú)孔(kǒng)闆爲中心(xīn)收(shōu)縮型節(jiē)流裝置,而v錐爲(wèi)邊壁(bì)收縮型節(jiē)流裝置。
　　測量範(fàn)圍窄(zhǎi)是制(zhì)約孔(kǒng)闆流量計使用的主(zhǔ)要原(yuán)因。--方(fāng)面由(yóu)于孔(kǒng)闆的(de)流出系數随雷諾數的變(biàn)化而(ér)變化較大,另一(yī)方面孔闆(pǎn)的突(tū)然節(jiē)流導緻孔(kǒng)闆後産生(shēng)較大(dà)的漩渦(wō)，該(gāi)漩渦(wō)的存在直接導(dǎo)緻測量的差壓(yā)信号噪聲較(jiào)大(dà);而v錐流(liú)量計克(kè)服了以上的缺(quē)點。如圖9所示,v錐(zhuī)流量計是(shì)由與(yǔ)管道同(tóng)軸的(de)内(nèi)部節流(liú)件(jiàn)v錐和(hé)取壓(yā)裝(zhuāng)置組成，流體(tǐ)經過時并(bìng)不(bú)像(xiàng)孔闆那樣(yàng)突然改變流體的流(liú)動狀态，而是介質随着錐體的(de)方(fāng)向向邊(biān)壁收縮，該錐體(tǐ)起到(dào)調整介質流動狀态的作用,重塑(sù)了流束(shù)曲線，使流體的流動更加穩定(dìng)。實踐證明(míng)，相比(bǐ)于孔(kǒng)闆流量計(jì),v錐流量(liàng)計的流出系(xì)數随(suí)雷諾(nuò)數(shù)的變(biàn)化基本(běn)不變，且需要較(jiào)短的(de)前直管段。

　　實流實(shí)驗的結(jié)果表明，即使上(shàng)遊存在各種不(bú)同類型的阻流件時(shí),對于v錐流(liú)量計來說隻需(xū)3d的前直管段即(jí)可保(bǎo)證計量精度在+0. 5%的範圍之(zhī)内,而對(duì)于孔闆(pǎn)來說則(zé)需要10d甚(shèn)至30d的(de)前(qián)直(zhí)管段(duàn)才能達到(dào)同v錐(zhuī)的同等精(jīng)度。爲了更好的(de)從本(běn)質上來分析兩(liǎng)種差壓式流量(liàng)計(jì)的差異，采用(yòng)cfd軟件fluent分别對(duì)兩(liǎng)種流(liú)量(liàng)計(jì)在上(shàng)遊存在相同阻(zǔ)流件即球閥+90°彎(wān)頭(tóu))時的情況進(jìn)行建(jiàn)模仿真。仿(páng)真的(de)錐體(tǐ)和孔(kǒng)闆部分(fèn)的壓力雲圖(tú)以及速度(dù)矢量圖如(rú)圖10至圖13所示。

　　對比圖10與圖12不難發現，v錐的(de)下(xià)遊取壓在錐體尾(wěi)部，避開(kāi)了(le)漩(xuán)渦較大(dà)的區域,處在一(yī)個速度較爲平穩的區域。而孔(kǒng)闆的(de)下遊取壓(yā)剛好處(chù)在漩渦(wō)區域，漩渦(wō)的(de)存(cún)在導緻了(le)孔闆下遊的壓力信(xìn)号的采集存在較大的幹擾。因(yīn)此，采用同樣的差壓變送器對(duì)兩種流量計進(jìn)行測(cè)量(liàng)時,v錐流(liú)量計的差(chà)壓信号的信噪(zào)比要(yào)明顯高于孔闆(pǎn)。
　　如此(cǐ)，在(zài)流體流過v錐(zhuī)時(shí)，流(liú)體介質的(de)方向(xiàng)會随(suí)着錐(zhuī)體的邊壁慢慢向(xiàng)管壁收(shōu)縮，如圖11所示，流(liú)過錐體之後形(xíng)成漩渦，無(wú)論錐(zhuī)體前端(duān)的流體(tǐ)的流動是否得(dé)到充(chōng)分(fèn)發展，在(zài)錐體尾部還是(shì)會存(cún)在一(yī)個速(sù)度相對平(píng)穩的區域(yù)。而(ér)對于孔(kǒng)闆而言，它的這種結構使得流束在管道(dào)中心(xīn)突然收縮，在下遊取壓處(chù)産生(shēng)較大的(de)漩渦，前(qián)端流(liú)體是否充(chōng)分發展将(jiāng)會對(duì)漩渦的特性産生不(bú)确定性的(de)影響，這就直接影響(xiǎng)着差壓信(xìn)号的(de)測量(liàng)。因此(cǐ),在;孔(kǒng)闆和v錐流(liú)量計的(de)上遊均存在(zài)相同阻流件時，流體的未充分(fèn)發展對v錐(zhuī)流量計的(de)測量産生的影響較(jiào)小，而對于孔闆(pǎn)産生(shēng)的影響較(jiào)大，即在(zài)保(bǎo)證同(tóng)樣精(jīng)度下，v錐所(suǒ)需要的前直管(guǎn)段相比(bǐ)于孔闆(pǎn)要短。
3總結(jié)
　　對dn100球(qiú)閥+dn100單(dān)彎(wān)頭,dn150球閥(fá)+dn150變dn100漸縮管(guǎn),dn150球閥(fá)+90°單彎頭+dn150變d100 漸縮(suō)管,dn150球閥(fá)+ 90°單(dān)彎頭+dn150變dn100漸(jiàn)縮管+90°單彎(wān)頭(tóu)這四(sì)種(zhǒng)阻流(liú)件組(zǔ)合形(xíng)式，通(tōng)過改變前(qián)直管段長(zhǎng)度對v錐流(liú)量計(jì)的測(cè)量精度進(jìn)行實流實(shí)驗,發現當後直管段長度不變(biàn)時,随着前(qián)直管(guǎn)段長度變短，流(liú)出系數相對誤差随之變大。爲(wèi)v錐流量計在以(yǐ)上四(sì)種(zhǒng)阻流件組合條件下，前(qián)直管段長度變(biàn)化跟(gēn)流(liú)出系(xì)數(shù)的變化趨勢圖(tú)和雷(léi)諾數跟流(liú)出系數的(de)關系(xì)變化提供了參(cān)考。通過對(duì)v錐(zhuī)流量計(jì)和孔闆流量計(jì)結構的模(mó)拟仿真對(duì)比，得(dé)到當(dāng)孔闆和v錐(zhuī)流量(liàng)計的上遊(yóu)均存在相(xiàng)同阻流件時,流(liú)體的(de)未充分(fèn)發展對(duì)v錐流量(liàng)計的測量産生的影響(xiǎng)較小而對(duì)于孔闆産生的影響較大，即在保證(zhèng)同樣精度下,v錐(zhuī)所需要的(de)前(qián)直(zhí)管段相比于孔闆要短。

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