摘要:利用(yòng)常壓氣體(tǐ)作爲流動(dòng)介質，以流(liú)出系數平(ping)均相對誤(wù)差、線性度(dù)和不确定(dìng)度爲評價(jia)指标，通過(guo)實流實驗(yan)。研究上遊(yóu)組合♉管件(jiàn)對V 錐流量(liang)計 測量性(xing)能的影響(xiǎng)。在上遊相(xiàng)同阻流件(jian)條件下建(jiàn)模仿🙇🏻真,對(dui)👈V錐⛹🏻‍♀️流量計(jì)和孔闆流(liu)量計的結(jie)構進行對(dui)比。
0引言
　　V錐(zhuī)流量計尚(shang)未實現國(guo)際國内甚(shen)至行業範(fàn)圍内的标(biāo)準化，目前(qián)僅獲得加(jia)拿大工業(yè)部的天然(ran)氣密閉管(guǎn)輸交接準(zhun)入認可、美(mei)國🔞機械工(gōng)程師協會(hui)的制造認(ren)可等。自2003年(nián)以來,國内(nèi)也在積極(ji)開展對V錐(zhuī)流量計的(de)推廣和使(shǐ)用工作，然(rán)而生産廠(chang)家對量程(cheng)比、壓力損(sun)失、精度等(děng)關鍵技術(shù)指标乃至(zhì)安裝㊙️條件(jiàn)都直接⚽采(cǎi)取美國MeCrometer公(gōng)🔴司産品說(shuo)明書的方(fang)式。國内關(guan)于V錐流量(liàng)計安裝使(shi)用條件的(de)實驗研究(jiū)鮮見報道(dao)。
　　對DN100球閥+ DN100單(dān)彎頭, DN150球閥(fa)+ DN150變DN100漸縮管(guan),DN150球閥+ 90°單彎(wan)頭+ DN150變D100漸縮(suo)管, DN150球閥+90°單(dān)彎頭+DN150變DN100漸(jiàn)縮管+ 90°單彎(wān)頭這四種(zhǒng)阻流件組(zu)合形式,通(tong)過改變前(qián)直管段長(zhǎng)度對V錐流(liú)量計的測(ce)量精度進(jìn)行實流實(shi)驗，從而得(de)出在上述(shù)四種阻流(liú)件組合的(de)工況,V錐流(liu)量計的測(cè)量性能變(biàn)化趨勢。　還(hai)🐅通過模拟(ni)仿真對V錐(zhuī)流量計和(hé) 孔闆流量(liàng)計 的結構(gòu)進行對比(bǐ)。
1安裝條件(jian)對V錐流量(liang)計測量精(jing)度影響的(de)實驗研究(jiū)
1.1 V錐流量計(jì)的基準實(shi)驗
　　用于V錐(zhui)流量計直(zhí)管段長50D,後(hou)直管段長(zhang)3D,管道内流(liú)體流動爲(wei)充分發展(zhǎn)的淌流狀(zhuang)态06團團團(tuan)[51。前期大量(liàng)文獻表明(míng)，前💛直管段(duàn)長度達到(dào)50D時,可以認(ren)爲流場已(yǐ)經充分發(fā)🐪展:同時，後(hou)直管段達(da)到3D,不會影(yǐng)響V錐量計(ji)的流出系(xi)數。故上遊(you)阻流件實(shí)驗結果均(jun1)按照前直(zhi)管段50D,後直(zhi)管段3D爲基(ji)準進行比(bi)較，從而得(de)💰到流出系(xi)數和流出(chu)系數相✨對(dui)誤差的變(bian)化情況。
1.2.上(shang)遊阻流件(jiàn)對V錐流量(liàng)計測量精(jīng)度影響的(de)實驗研究(jiū).
1.2.1. 上遊阻流(liú)件類型一(yī) DN100球閥+ DN100單彎(wān)頭的實驗(yan)研究
　　阻流(liu)件類型爲(wei)DN100球閥+ DN100單彎(wān)頭的雷諾(nuo)數流出系(xì)數曲線圖(tu)如圖💯1所📧示(shì)，從圖中可(kě)以看出,在(zài)雷諾數大(dà)于80 000時随着(zhe)前直管段(duàn)長度的縮(suō)短，流出系(xì)數呈遞增(zeng)趨勢👌:當雷(lei)諾數小于(yu)80 000時，流出⚽系(xi)數随前直(zhí)管🧡段長度(dù)變化無明(ming)顯增減趨(qu)勢,無法進(jin)行有規律(lǜ)的判🆚斷。同(tong)時和基準(zhǔn)實驗數據(ju)相差比較(jiào)大,當雷諾(nuo)數在250 000那點(dian)時,基準實(shi)驗的數據(jù)和其他的(de)很接近。

　　從(cong)表1可以看(kàn)出，當直管(guan)段長度小(xiao)于3D時，随着(zhe)直管段長(zhǎng)度的縮短(duǎn)，平均相對(duì)誤差呈遞(dì)增趨勢:當(dāng)直管段🌈長(zhǎng)度🔞大于😍3D時(shí)，平均相對(dui)誤差變化(hua)不大。此變(biàn)化趨勢也(ye)可見圖2所(suo)示。

1.2.2上遊阻(zu)流件類型(xíng)- -DN150 球閥+ DN150變DN100漸(jiàn)縮管的實(shí)驗研究
　　阻(zu)流件類型(xíng)爲DN150 球閥+ DN150變(biàn)DN100漸縮管的(de)雷諾數流(liú)出系數曲(qǔ)線圖如圖(tu)🐉3所示，從圖(tu)中可以看(kan)出,随着前(qián)直管段長(zhǎng)度的改變(bian),流出系數(shù)基本不變(biàn)，但略小于(yú)基準實驗(yan)流出系數(shu)。

　　從表2和圖(tú)4可以看出(chu),在該工況(kuàng)下，雖然存(cun)在流.出系(xì)數🤟相對誤(wu)差,但前直(zhi)管段長度(dù)對流出系(xi)數的影響(xiǎng)基本可以(yǐ)忽略，且相(xiàng)對誤差也(yě)不是很大(dà)。

1.2.3. 上遊阻流(liu)件類型- -DN150球(qiú)閥+90*單彎頭(tóu)+DNI50變D100漸縮管(guǎn)的實驗研(yan)‼️究
　　阻流件(jiàn)類型爲DN150球(qiu)閥+90°單彎頭(tou)+ DN150變DN100漸縮管(guǎn)的雷諾數(shù)流出系數(shu)曲線圖如(rú)圖5所示，從(cóng)圖中可以(yǐ)看出,随着(zhe)前直管段(duàn)長度的縮(suō)短，流出系(xì)數呈遞減(jiǎn)趨勢。

　　從表(biǎo)3和圖6可以(yǐ)看出，随着(zhe)前直管段(duàn)長度的增(zēng)長，流出系(xi)數相對誤(wù)差呈減小(xiao)趨勢。


1.2.4. 上遊(yóu)阻流件類(lei)型一-DN150球閥(fá)+90°單彎頭+DN150變(bian)DN100漸縮管+90°單(dan)彎頭的實(shi)🌏驗研☀️究👨‍❤️‍👨
阻(zǔ)流件類型(xíng)爲DN150球閥+ 90°單(dan)彎頭+ DN150變DN100漸(jiàn)縮管+90°單彎(wan)頭的雷諾(nuo)數流出系(xì)數曲線圖(tú)如圖7所示(shi)，流出系數(shu)均略大于(yú)基準實驗(yan)流出系數(shù)，且改變前(qián)直管段長(zhang)度對流♊出(chū)系數的影(ying)響🐉很小。

從(cóng)表4和圖8可(ke)以看出，平(píng)均相對誤(wu)差與前直(zhi)管段長度(dù)無明顯關(guān)系，且偏差(chà)均不大。

2V錐(zhui)流量計和(he)孔闆流量(liang)計結構的(de)模拟仿真(zhen)對比
　　V錐流(liu)量計作爲(wei)一-種新型(xíng)的差壓式(shì)流量計,其(qí)工作♈原❓理(li)🔅和孔闆流(liu)量計相同(tong)。介質通過(guo)V錐時,由于(yu)阻流件V錐(zhuī)的存在，使(shi)得流體的(de)流過面積(jī)發生變化(hua)，從而流速(su)發☔生變化(huà)。根據伯努(nu)利方程，流(liu)速的變化(hua)引起.壓力(li)的變化，該(gai)壓力的變(biàn)化與介質(zhì)的流速之(zhī)間存在一(yī)

　　變DN100漸縮管(guǎn)+90°單彎頭的(de)流出系數(shù)相對誤差(chà)曲線定的(de)關系。因此(cǐ)，可通過測(cè)量錐體前(qian)後的差壓(ya)達到測量(liàng)流體🐇流量(liang)♍的目的。雖(sui)然與孔闆(pǎn)原理一樣(yang)，但是最本(běn)質的區别(bie)在于孔闆(pǎn)爲中心收(shōu)縮型節流(liu)裝置,而V錐(zhuī)爲邊壁收(shōu)縮型節流(liú)裝置。
　　測量(liang)範圍窄是(shi)制約孔闆(pan)流量計使(shi)用的主要(yao)原因。--方面(miàn)由🚩于孔闆(pǎn)的流出系(xì)數随雷諾(nuo)數的變化(hua)而變化較(jiao)大,另📞一方(fang)面孔闆的(de)突然節流(liú)導緻孔闆(pan)後産生較(jiao)大的漩渦(wō)，該漩渦🔱的(de)存在直接(jiē)導緻測量(liang)的差壓信(xin)号噪✔️聲較(jiao)大;而V錐流(liú)量計❓克服(fu)了以上的(de)缺點⭐。如圖(tu)9所示,V錐流(liu)量計是由(you)🌏與管道同(tóng)軸的内部(bù)節流♈件V錐(zhuī)和取壓裝(zhuang)置組成，流(liú)體經🈚過時(shí)并不像孔(kong)🈲闆那樣突(tū)然改變流(liu)體的流動(dòng)狀态，而是(shi)介質随着(zhe)錐體的🆚方(fāng)向向邊壁(bi)收縮，該錐(zhui)體起到調(diào)整介質流(liú)動狀态的(de)作用🐪,重塑(su)了流束曲(qǔ)線，使流體(tǐ)的流動更(geng)加穩定。實(shi)踐證明，相(xiàng)比于孔闆(pǎn)流量計,V錐(zhui)流量計的(de)流出系數(shù)随雷諾👉數(shù)的變化基(ji)本👣不變，且(qiě)需要較短(duǎn)的前💛直管(guan)段。

　　實流實(shi)驗的結果(guo)表明，即使(shi)上遊存在(zài)各種不同(tóng)類型的阻(zu)流🥵件時,對(dui)于V錐流量(liàng)計來說隻(zhī)需3D的前直(zhí)管🏃🏻段即💯可(kě)保✔️證計量(liang)精度在+0. 5%的(de)範圍之内(nei),而對于孔(kǒng)闆來說則(zé)需要10D甚至(zhi)30D的前🌈直管(guǎn)段才能達(dá)到同V錐的(de)同等精度(du)。爲🏃🏻了更好(hǎo)的從本質(zhi)上來分析(xi)兩種差壓(yā)式流量計(jì)的差異，采(cai)用CFD軟件Fluent分(fen)别對兩種(zhǒng)💜流量計在(zai)上遊存在(zai)相同阻流(liú)件即球閥(fá)+90°彎頭)時的(de)情況進行(hang)建⛹🏻‍♀️模仿真(zhēn)。仿真的錐(zhuī)體和孔闆(pan)部分的💞壓(ya)力雲圖以(yi)及速度矢(shi)量圖如圖(tú)10至👅圖13所示(shì)。

　　對比圖10與(yǔ)圖12不難發(fā)現，V錐的下(xià)遊取壓在(zai)錐體尾部(bù)，避開了漩(xuán)渦較大的(de)區域,處在(zài)一個速度(du)較爲平穩(wen)的區域。而(er)孔闆的下(xia)遊取壓剛(gang)好處在漩(xuan)渦區域，漩(xuán)渦的存在(zài)導緻了孔(kǒng)闆下遊的(de)壓力信🔴号(hao)的采集存(cun)在較大的(de)幹擾。因此(ci)，采用同樣(yàng)的差壓變(biàn)👉送器對兩(liang)種流量計(jì)進行測量(liàng)時,V錐🆚流量(liàng)計的差😍壓(ya)信号的信(xìn)噪比要明(ming)顯高于孔(kong)闆。
　　如此，在(zài)流體流過(guò)V錐時，流體(ti)介質的方(fāng)向會随着(zhe)錐體🙇‍♀️的邊(bian)壁🌈慢慢向(xiàng)管壁收縮(suo)，如圖11所示(shì)，流過錐體(ti)之後形成(cheng)漩🏃🏻渦，無論(lùn)錐🐕體前端(duan)的流體的(de)流動是否(fǒu)得到充分(fen)發展，在錐(zhui)體尾部還(hai)是會存在(zai)🔅一個速度(du)相對平穩(wen)的區域。而(er)對❌于孔闆(pan)而言，它的(de)這種結構(gou)使🚩得流束(shu)在管道中(zhong)心突然收(shōu)縮，在下遊(you)取壓處産(chan)生較大的(de)漩渦，前端(duān)流體是否(fou)充分發展(zhǎn)将會對漩(xuán)渦的特性(xìng)産生不确(què)定性的影(ying)響，這就直(zhi)接影響着(zhe)差壓信号(hào)的測量。因(yīn)此,在;孔闆(pan)和V錐流量(liang)計的上遊(you)均存在相(xiàng)同阻流件(jian)時，流體的(de)未充分發(fā)展對V錐⛱️流(liú)量計的測(cè)量産生的(de)影響較小(xiao)，而對于孔(kong)闆🌏産生的(de)影⭐響較大(da)，即在保證(zheng)同樣精🐆度(dù)下，V錐所需(xu)要的前直(zhi)管段相比(bi)于孔闆要(yào)短。
3總結
　　對(duì)DN100球閥+DN100單彎(wān)頭,DN150球閥+DN150變(biàn)DN100漸縮管,DN150球(qiú)閥+90°單彎頭(tóu)+DN150變D100 漸縮管(guan),DN150球閥+ 90°單彎(wan)頭+DN150變DN100漸縮(suō)管+90°單彎頭(tou)這四種阻(zǔ)流件組合(hé)形式，通過(guo)改✨變前直(zhí)管🌏段長度(dù)對V錐流量(liang)計的測✊量(liàng)精度進行(háng)實流實驗(yàn),發現當後(hòu)直管✌️段長(zhang)度不變時(shí),随着前直(zhí)管段長度(dù)變短，流出(chu)系數相對(dui)誤差随之(zhi)變大。爲V錐(zhuī)流量計在(zài)以🏃🏻‍♂️上四種(zhong)阻流件組(zǔ)合條件下(xià)，前直管段(duàn)💃長🌂度變化(hua)跟流出系(xì)數的變化(huà)趨勢圖和(hé)雷諾數跟(gen)流出系數(shu)的關系變(biàn)化提供了(le)參考。通過(guò)📐對V錐流量(liang)計和孔㊙️闆(pǎn)流量計結(jie)構的模拟(nǐ)仿真對👨‍❤️‍👨比(bǐ)，得到當孔(kǒng)闆和V錐流(liu)📐量計的上(shang)遊均存在(zài)相同阻流(liú)件時,流體(ti)的未充分(fen)發展對V錐(zhuī)流量計的(de)測量産生(sheng)的影響較(jiào)小而對于(yú)孔闆産生(shēng)的影響較(jiào)大，即在保(bao)證🧑🏾‍🤝‍🧑🏼同樣精(jīng)度下,V錐所(suo)需要的前(qián)直管段相(xiàng)比于孔闆(pǎn)要短。

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