摘要：測量大管徑(jìng)、大流量管道流量(liang)時常用的各類流(liú)量計 精度較低、價(jia)格昂貴、安裝複雜(za)。差壓式流量計應(yīng)用廣🐉泛且造價低(di)，但精度較低，項目(mu)旨在研究差壓式(shì)流量計用于大管(guǎn)徑低流速的液體(tǐ)測量時會因差壓(yā)太小測量精度低(di)這個缺點進行改(gǎi)♉造。提出利用彎道(dao)布置流量計，依據(ju)彎道管内水動力(lì)學規律，研究彎道(dào)内總流量與旁通(tōng)管内流量關系，通(tōng)過實驗⛹🏻‍♀️研究率定(ding)設備參數。
1概述
　　近(jìn)年來，我國大量水(shuǐ)利科研工作者緻(zhi)力于各種流量計(ji)的研發，并取得了(le)重大的進展，國産(chǎn)流量計不論是在(zài)性能上還是在技(ji)☁️術上均已經處于(yu)國際領先水平。但(dàn)在測量150mm以上🌐口徑(jing)的管道流量上，目(mù)前的加工制造技(ji)術還比較落後，不(bu)🔞能生産出滿意的(de)優質産品。目前國(guo)内外學者對大管(guǎn)徑、大📱流速的流量(liàng)計開展了廣泛的(de)研究，針對矩形大(da)口徑彎道流量計(jì)壓強分布問題，通(tōng)過對大量數據進(jin)行處理，推導出👄針(zhen)對不同位置、不同(tong)斷面的大口徑彎(wān)道流量計的流量(liàng)系數公式；針對流(liu)量系♉數與彎管直(zhi)徑🈚的變❄️化規律的(de)問題，利用RNGK-＆湍流🔱模(mo)型，研究了彎管内(nei)外壁⁉️壓強沿程分(fen)布和彎徑比🌈對彎(wan)道壓強的影響，進(jin)而推求出不同彎(wan)徑比、不同管徑情(qing)況下流量壓差之(zhī)間的關系；中國計(ji)量學院以50毫米管(guǎn)徑✏️爲實驗前提，經(jing)過大量實驗研發(fā)了一種新型的差(cha)壓式流量計🐪-雙錐(zhuī)流量計，并将Fluent仿真(zhēn)軟件與實流實驗(yan)相結合，研究雙錐(zhui)流量計流出系數(shù)在雙錐直徑比作(zuo)用下的✉️流量規律(lü)。
2理論分析
　　通過分(fèn)析 差壓式流量計(jì) 精度低的原因，研(yán)究分析流速與壓(ya)差的關系式，運用(yong)彎道管内水動力(li)學規律，設計一種(zhǒng)新型的彎道🔞旁通(tong)流量計，以🔞解決差(chà)壓式流量計用于(yu)大管徑低流速的(de)液體測量時會🔅導(dǎo)緻差壓太小㊙️從而(er)變測量不出來或(huo)♻️者測量精度低這(zhè)個缺點。理論上，流(liú)體流經彎管，在彎(wan)曲部分的任意一(yi)個圓截面上産生(shēng)的動量矩是大緻(zhi)相同的。但由于彎(wān)道離心力的作用(yong)，流體在彎道内外(wai)兩側之間将産生(sheng)一定的壓力差，促(cu)☎️使流體在旁通管(guan)内流動。當彎道内(nei)總流量不同時，旁(pang)通管流量大小存(cún)在較大差異，旁通(tong)管内流量大小取(qu)決于彎道内總流(liu)量。
2.1彎道管内水流(liú)運動規律
　　爲避免(miǎn)複雜的彎道水流(liu)運動對實驗研究(jiu)産生的☁️不利因素(sù)💘，現假設彎道内的(de)水流爲理想流體(tǐ)且爲恒定流，各❌種(zhong)運動要素均不随(sui)時間改變，彎管内(nei)的水流随水流的(de)運動得以充分📧發(fā)展。因水流受到彎(wan)管内壁的約束作(zuo)用，當彎管通🔞水時(shi)，該作用迫使水流(liú)改變原趨♻️勢運動(dòng)方向，随着此約束(shu)的不斷增強🌈，水流(liu)沿彎道作急變流(liú)曲線運動。根據以(yi)上分析：彎道管内(nei)的水流運動實際(jì)上是理想🌐流體所(suo)作的曲線💋有勢運(yun)動，且該運動以彎(wān)道曲率爲中😍心。進(jin)一步分析分布于(yu)該彎管中任意過(guò)水斷面的水流如(rú)下：在彎道中任取(qu)n-n過水斷面，并于水(shui)平線成夾角α，在所(suo)截取的過水斷面(miàn)上取一微分柱體(tǐ)，設彎管同一過水(shui)斷面内、外兩點的(de)流速🌏與壓強分别(bie)爲v1、v2和p1、p2，彎管的💘内半(bàn)徑爲📧r0，彎道中任意(yì)點的流速爲u0，管道(dao)截面内任意一點(dian)距圓形管道中心(xin)的距離爲r，該微分(fen)柱體兩端形心點(diǎn)離基準面高度分(fen)别爲z1和z2，作用在微(wei)分柱體上的力在(zai)n方向上的投影分(fen)别爲該柱體兩端(duan)面上的動水壓力(li)與，其自重沿n方向(xiàng)的投影，其所受的(de)🚶‍♀️離心慣性力爲，在(zai)理想流體的勢流(liu)流動中，由于n方向(xiàng)與流線正交，此方(fang)向上各力代數和(hé)爲零，有：

　　由以上推(tui)導有：曲率中心越(yuè)近，流速越大，壓強(qiáng)越小，旁通管内流(liu)量較小；反之，則流(liu)速越小，壓強越大(da)，旁💋通管内流量較(jiào)大。
2.2研究方法
　　從研(yan)究彎道管内水流(liú)運動規律出發，根(gēn)據現有的研究技(jì)術🈲嘗試性的研究(jiū)彎道角度、管道直(zhí)徑、流速✉️對彎🥵管内(nei)📐總流量與旁通管(guǎn)内流量關系的影(yǐng)響，研🔆發出該裝置(zhì)，進行實驗驗證與(yǔ)分析，利用能量方(fang)程、動量方程，最終(zhong)結合實驗數據得(de)出彎道内總流量(liang)🚩與旁通管内流量(liàng)關系，從而提高對(dui)大管徑低流速🐆的(de)液體進行🈲流量測(ce)定時的精度。假設(shè)彎管内☀️的流體爲(wei)不可壓縮的💋實際(jì)流體，其可連續穩(wen)定的流經彎管，彎(wān)管内流動的🛀🏻流體(ti)滿足連續性🆚方🏃程(cheng)、能量方程和動量(liàng)方程等。綜上可見(jian)，對于既定的彎管(guan)，通過✉️測定流體流(liú)經彎管時産生的(de)壓力差和流體相(xiàng)關參數，利用電磁(cí)流量計測出旁通(tōng)管流量，繼而推求(qiú)出主㊙️管道内總流(liú)量。
3流量關系公式(shi)的實驗驗證
　　彎道(dào)内總流量-旁通管(guǎn)内流量實驗裝置(zhi)的設計：
　　爲了對推(tui)導流量關系基本(ben)公式進行實驗驗(yàn)證、并對✨基本公式(shì)中流量參數的變(bian)化規律進行研究(jiū)，采🔞用實驗裝置進(jin)行了實驗測量。測(ce)量儀器準備就緒(xù)後，開啓水泵向管(guan)路中充水。按不同(tóng)開度打開控制閥(fa)門，待管道中水流(liú)穩定後，使經濟流(liu)速分别控制🏃‍♂️在，同(tong)時分别讀取電磁(ci)流量計和電子渦(wō)輪流量計的讀數(shu)。當閥門🤩達到最大(dà)開度後，再逐漸關(guān)閉✏️控制閥門，按同(tóng)樣方法讀取和記(ji)錄測量數據。取同(tong)一開度兩次數據(ju)平均值作爲該開(kāi)度下的❄️測量數據(jù)。
4測試結果分析
　　經(jing)過多次模拟及模(mo)型試驗，通過改變(bian)彎管上測壓孔的(de)位置與彎道管徑(jing)，即改變壓力作用(yong)點，改變彎❤️管總流(liu)量發現：
　　當流體進(jin)入彎管後，因爲彎(wān)道外壁對流體産(chan)生一💋定的導流🌈作(zuo)用，流體在作圓周(zhou)運動時所産生的(de)離♊心力作用于彎(wān)管的内外兩側,使(shǐ)彎道内外兩側産(chǎn)生一個壓力差，這(zhè)個壓🚶‍♀️力差促使流(liu)體在旁通管内流(liu)動， 電磁流量計 測(ce)量流經旁通管内(nei)的流量，測壓孔取(qǔ)在彎管45°截面時旁(páng)💞通管内流量達到(dao)最大，最穩定；測壓(ya)孔取在彎管22.5°截面(mian)時旁通管内流量(liang)測量值誤差較大(da)，但具有較好的重(zhong)現性❗；測壓孔取在(zài)彎管67.5°截面時旁通(tōng)管内流量測量誤(wu)差值呈🔅發散現象(xiàng)。
5結論與展望
5.1結論(lùn)
　　本設計采用模拟(ni)與模型試驗相結(jie)合的方法綜合分(fèn)析研究了管道彎(wān)道旁通流量計的(de)特性并得出以下(xia)主要結論：
（1）由于彎(wan)道離心力的作用(yòng)，流體在彎道内外(wài)兩側之間将産生(shēng)一💋定的壓力差，促(cù)使流體在旁通管(guǎn)内流動。
（2）當彎管内(nei)總流量不同時，旁(páng)通管流量大小存(cún)在較大差異，此流(liú)量的大小與彎管(guǎn)内總流量有關。
（3）通(tong)過觀測旁通所聯(lián)通的電磁流量計(ji)讀數，确定小彎管(guǎn)内❓的流量，根據模(mo)拟出的大小彎管(guan)之間的流量大小(xiao)關系，從而推知管(guan)道内總流量，且測(ce)壓孔取在彎管45°截(jie)面時，所推求的管(guan)道🔴内總流量與實(shí)際流量誤差最小(xiǎo)。本課題㊙️創造性的(de)💛提出利用♋彎道布(bù)置💞流量計，依據彎(wān)道管内水動力學(xué)規律，研究彎道内(nei)總流量與旁通㊙️管(guan)内流量關系㊙️，通過(guò)實驗研究率定設(she)備參數🈲，應用前景(jing)廣闊。
5.2展望
　　需要指(zhǐ)出的是，管道彎道(dao)旁通流量計是一(yi)種新型的☎️結構💰型(xing)式，目前在此方面(mian)的國内外的理論(lun)研究和實踐較少(shao)，因此，要使這種新(xin)型結構盡快得到(dào)廣泛使用，還需要(yao)進一步深入探讨(tǎo)。本設計模拟與模(mó)✍️型試驗對管道彎(wan)道♉旁通流量計的(de)特性🐅進行了研究(jiu)，但仍有不足之處(chù)，在以後的研究中(zhōng)可以從以下幾方(fang)面考慮：
（1）本設計中(zhōng)以恒定理想液體(ti)爲基礎進行的試(shi)驗，但在實際工⭐程(cheng)中，流體通常爲非(fēi)恒定流，因此，以後(hòu)的研究應在非恒(héng)定流作用下進行(hang)。
（2）本設計中采用的(de)彎道管徑爲200mm和300mm，在(zai)以後的研究應采(cǎi)用📱管徑更大的彎(wan)管進行試驗，以調(diào)整參數的變化的(de)範圍，使經驗公式(shi)具✉️有普遍适用性(xìng)。

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