摘(zhai)要:利用常(chang)壓氣體作(zuo)爲流動介(jie)質，以流出(chu)系數平均(jun)相對🌐誤差(cha)、線性度和(he)不确定度(du)爲評價指(zhi)标，通過實(shi)流實驗🐉。研(yan)究上遊組(zu)合管件對(dui)V 錐流量計(ji) 測量性能(neng)的影響。在(zai)上遊相同(tong)阻流件條(tiao)件下建模(mo)仿真,對V錐(zhui)流量計和(he)孔闆流量(liang)計的結構(gou)進行對比(bi)。
0引言
　　V錐流(liu)量計尚未(wei)實現國際(ji)國内甚至(zhi)行業範圍(wei)内的标準(zhun)化，目前僅(jin)獲得加拿(na)大工業部(bu)的天然氣(qi)密閉管輸(shu)交接準入(ru)🆚認可🔴、美國(guo)🈲機械工程(cheng)師協會的(de)制造認可(ke)等🈲。自2003年以(yi)🐉來,國内也(ye)在積極開(kai)展對V錐流(liu)量計的推(tui)廣和使用(yong)工作，然而(er)生産🔅廠家(jia)對量程比(bi)、壓力損失(shi)、精度等關(guan)鍵技術指(zhi)标乃至安(an)裝條件都(dou)直接采取(qu)美國MeCrometer公司(si)産品說明(ming)書的方式(shi)。國内關于(yu)V錐流量計(ji)安裝使用(yong)條件的實(shi)驗研究鮮(xian)見報道。
　　對(dui)DN100球閥+ DN100單彎(wan)頭, DN150球閥+ DN150變(bian)DN100漸縮管,DN150球(qiu)閥+ 90°單彎頭(tou)+ DN150變D100漸縮管(guan)🌍, DN150球✨閥+90°單彎(wan)頭+DN150變DN100漸縮(suo)管+ 90°單彎頭(tou)這四種阻(zu)流件組合(he)形🏃🏻式,通過(guo)改變前直(zhi)管段長度(du)對V錐流量(liang)計的測量(liang)精度進行(hang)實流實驗(yan)，從而得出(chu)在上述四(si)種阻流件(jian)組合的工(gong)況,V錐流量(liang)計的測量(liang)性能變化(hua)趨勢。　還通(tong)過模拟仿(pang)真對V錐流(liu)量計和 孔(kong)闆流量計(ji) 的結構進(jin)行對比。
1安(an)裝條件對(dui)V錐流量計(ji)測量精度(du)影響的實(shi)驗研究
1.1 V錐(zhui)流量計的(de)基準實驗(yan)
　　用于V錐流(liu)量計直管(guan)段長50D,後直(zhi)管段長3D,管(guan)道内流體(ti)流🤞動爲🚶充(chong)分發展的(de)淌流狀态(tai)06團團團[51。前(qian)期大量文(wen)獻表明，前(qian)直管段長(zhang)度達到50D時(shi),可以認爲(wei)流場已經(jing)充分發展(zhan):同時，後直(zhi)管段達到(dao)🧡3D,不會影響(xiang)V錐量計的(de)流出系數(shu)。故上遊阻(zu)流件實驗(yan)結果均按(an)照前直管(guan)段50D,後直管(guan)段3D爲基準(zhun)進行👈比較(jiao)，從而得到(dao)流出系數(shu)🐆和流出系(xi)數相⛹🏻‍♀️對誤(wu)差的變化(hua)情況。
1.2.上遊(you)阻流件對(dui)V錐流量計(ji)測量精度(du)影響的實(shi)驗研究📞.
1.2.1. 上(shang)遊阻流件(jian)類型一 DN100球(qiu)閥+ DN100單彎頭(tou)的實驗研(yan)究
　　阻流件(jian)類型爲DN100球(qiu)閥+ DN100單彎頭(tou)的雷諾數(shu)流出系數(shu)曲線😍圖如(ru)圖1所示，從(cong)圖中可以(yi)看出,在雷(lei)諾數大于(yu)80 000時随着前(qian)直管段長(zhang)度的縮短(duan)，流出系數(shu)呈遞增趨(qu)勢⚽:當雷諾(nuo)數小于80 000時(shi)，流出系數(shu)随⛱️前直管(guan)段長度變(bian)化無明顯(xian)增減趨勢(shi),無法進行(hang)有規律的(de)判斷。同時(shi)和基準實(shi)驗數據相(xiang)差比較大(da),當雷諾數(shu)在250 000那點時(shi),基準實驗(yan)的數據和(he)其他的很(hen)接近。

　　從表(biao)1可以看出(chu)，當直管段(duan)長度小于(yu)3D時，随着直(zhi)管段長度(du)的縮短✂️，平(ping)均相對誤(wu)差呈遞增(zeng)趨勢:當直(zhi)管段長度(du)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大于3D時，平(ping)均相對誤(wu)🌈差變化不(bu)大。此變化(hua)趨勢🌈也可(ke)見圖2所示(shi)。

1.2.2上遊阻流(liu)件類型- -DN150 球(qiu)閥+ DN150變DN100漸縮(suo)管的實驗(yan)研究
　　阻流(liu)件類型爲(wei)DN150 球閥+ DN150變DN100漸(jian)縮管的雷(lei)諾數流出(chu)系數曲線(xian)圖如圖3所(suo)示，從圖中(zhong)可以看出(chu),随着前直(zhi)管段長度(du)的改🛀🏻變,流(liu)出系㊙️數基(ji)本不變，但(dan)略小于基(ji)準實驗流(liu)出系數。

　　從(cong)表2和圖4可(ke)以看出,在(zai)該工況下(xia)，雖然存在(zai)流.出系🌍數(shu)相對誤差(cha),但前直管(guan)段長度對(dui)流出系數(shu)的影響基(ji)本可以忽(hu)略，且相對(dui)誤差也不(bu)是很大。

1.2.3. 上(shang)遊阻流件(jian)類型- -DN150球閥(fa)+90*單彎頭+DNI50變(bian)D100漸縮管的(de)實驗研究(jiu)
　　阻流件類(lei)型爲DN150球閥(fa)+90°單彎頭+ DN150變(bian)DN100漸縮管的(de)雷諾數流(liu)出系數曲(qu)線圖如圖(tu)5所示，從圖(tu)中可以看(kan)出,随着前(qian)✂️直管段長(zhang)🎯度的縮短(duan)😘，流出系數(shu)呈遞減趨(qu)勢。

　　從表3和(he)圖6可以看(kan)出，随着前(qian)直管段長(zhang)度的增長(zhang)，流出系數(shu)相🔞對誤差(cha)呈減小趨(qu)勢。


1.2.4. 上遊阻(zu)流件類型(xing)一-DN150球閥+90°單(dan)彎頭+DN150變DN100漸(jian)縮管+90°單彎(wan)頭的實驗(yan)⚽研究
阻流(liu)件類型爲(wei)DN150球閥+ 90°單彎(wan)頭+ DN150變DN100漸縮(suo)管+90°單彎頭(tou)的雷諾數(shu)流出🚶系🈲數(shu)曲線圖如(ru)圖7所示，流(liu)出系數均(jun)略大于基(ji)準實驗流(liu)出系數，且(qie)改變前直(zhi)管段長度(du)對流出系(xi)數的影響(xiang)很小。

從表(biao)4和圖8可以(yi)看出，平均(jun)相對誤差(cha)與前直管(guan)段長度無(wu)明顯關✏️系(xi)，且偏差均(jun)不大。

2V錐流(liu)量計和孔(kong)闆流量計(ji)結構的模(mo)拟仿真對(dui)比
　　V錐流量(liang)計作爲一(yi)-種新型的(de)差壓式流(liu)量計,其工(gong)作原🔴理和(he)孔闆流量(liang)計相同。介(jie)質通過V錐(zhui)時,由于阻(zu)流件V錐的(de)存在，使得(de)流體的流(liu)過面積發(fa)生變化，從(cong)而流速發(fa)🈚生變化。根(gen)據伯努利(li)方程，流速(su)的變化引(yin)起.壓力的(de)變化，該壓(ya)力的變化(hua)與👣介質的(de)流速之間(jian)存在一

　　變(bian)DN100漸縮管+90°單(dan)彎頭的流(liu)出系數相(xiang)對誤差曲(qu)線定的關(guan)系。因此🌈，可(ke)通過測量(liang)錐體前後(hou)的差壓達(da)到測量流(liu)體流量的(de)目🔴的。雖然(ran)與孔闆原(yuan)理一樣，但(dan)是最本質(zhi)的區别在(zai)于孔闆爲(wei)中心收縮(suo)型節流裝(zhuang)置,而V錐🈲爲(wei)邊壁收❄️縮(suo)型節流🌈裝(zhuang)置。
　　測量範(fan)圍窄是制(zhi)約孔闆流(liu)量計使用(yong)的主要原(yuan)因。--方面由(you)于⛱️孔闆的(de)流出系數(shu)随雷諾數(shu)的變化而(er)變化較大(da),另一方✌️面(mian)孔闆的突(tu)然節流導(dao)緻孔闆後(hou)産生較大(da)的漩渦，該(gai)漩渦的存(cun)在直接導(dao)緻測量的(de)差壓信号(hao)噪聲較大(da);而❓V錐流量(liang)計克服了(le)以上的缺(que)點。如圖9所(suo)示,V錐✂️流量(liang)計是由與(yu)管道同軸(zhou)🌈的内部節(jie)流件V錐和(he)取壓裝置(zhi)組成，流體(ti)經過時并(bing)不像孔闆(pan)那樣突然(ran)改變流體(ti)的流動🔆狀(zhuang)态，而是✔️介(jie)質随着錐(zhui)體的方向(xiang)向邊壁收(shou)縮，該錐體(ti)起到調整(zheng)介質流動(dong)狀态的作(zuo)用,重塑了(le)流束曲線(xian)，使流體的(de)流動更🥰加(jia)穩定。實踐(jian)證明，相比(bi)💞于孔闆流(liu)量計,V錐流(liu)量計的流(liu)出📐系數随(sui)雷諾🌈數的(de)變化基本(ben)不變，且需(xu)要較短的(de)前直管段(duan)。

　　實流實驗(yan)的結果表(biao)明，即使上(shang)遊存在各(ge)種不同類(lei)🔞型的阻流(liu)件時,對于(yu)V錐流量計(ji)來說隻需(xu)3D的前直管(guan)段即可保(bao)證計量精(jing)度在+0. 5%的範(fan)圍之内,而(er)對于孔闆(pan)來說則需(xu)要10D甚至30D的(de)前直管段(duan)才能達到(dao)同V錐的同(tong)等精度。爲(wei)了更好的(de)從本質上(shang)來分析兩(liang)種差壓式(shi)⭕流量計的(de)差異，采用(yong)CFD軟件Fluent分别(bie)對兩種流(liu)量計在上(shang)遊存在相(xiang)同阻流件(jian)即球閥+90°彎(wan)頭)時的情(qing)況進行建(jian)模仿真。仿(pang)真的錐體(ti)和孔闆部(bu)分的壓力(li)雲圖以及(ji)速度矢量(liang)圖如圖10至(zhi)圖13所示。

　　對(dui)比圖10與圖(tu)12不難發現(xian)，V錐的下遊(you)取壓在錐(zhui)體尾部，避(bi)開了㊙️漩渦(wo)較大的區(qu)域,處在一(yi)個速度較(jiao)爲平穩的(de)區域。而孔(kong)闆的下遊(you)取🐉壓剛好(hao)處在漩渦(wo)區域，漩渦(wo)的存在導(dao)緻🤞了孔闆(pan)✏️下遊的壓(ya)力信号的(de)采集存在(zai)較大的幹(gan)擾。因此，采(cai)用同樣💛的(de)差壓變✉️送(song)器對兩種(zhong)流量計進(jin)行測量時(shi),V錐流量計(ji)的差壓信(xin)号的信噪(zao)比要明顯(xian)高于孔闆(pan)。
　　如此，在流(liu)體流過V錐(zhui)時，流體介(jie)質的方向(xiang)會随着錐(zhui)體的⛷️邊壁(bi)慢慢向管(guan)壁收縮，如(ru)圖11所示，流(liu)過錐體之(zhi)後形成漩(xuan)渦，無論錐(zhui)🈲體前端的(de)流體的流(liu)動是否得(de)到充分發(fa)展，在錐體(ti)尾部還是(shi)會存在❄️一(yi)個速度相(xiang)對平穩的(de)區域。而對(dui)于孔闆而(er)🐪言，它的這(zhe)🔴種結構使(shi)得流束在(zai)管道中心(xin)突然收縮(suo)，在下遊🌍取(qu)壓處産生(sheng)較大的漩(xuan)渦💃🏻，前端流(liu)體是否充(chong)✉️分發展将(jiang)會對漩渦(wo)的特性産(chan)生不确定(ding)性的影響(xiang)，這就‼️直接(jie)影響着差(cha)㊙️壓信号的(de)測量。因此(ci)🏃🏻‍♂️,在;孔闆和(he)V錐流量🐪計(ji)的上遊均(jun)存在相同(tong)阻流件時(shi)，流體的未(wei)充分發展(zhan)對V錐流量(liang)🔞計的測量(liang)産生的影(ying)響較小，而(er)對于孔闆(pan)産生的影(ying)響較大，即(ji)在保證同(tong)樣精度下(xia)，V錐所需要(yao)的前直管(guan)段相比于(yu)孔闆要短(duan)。
3總結
　　對DN100球(qiu)閥+DN100單彎頭(tou),DN150球閥+DN150變DN100漸(jian)縮管,DN150球閥(fa)+90°單彎頭+DN150變(bian)D100 漸縮管,DN150球(qiu)🔴閥+ 90°單彎頭(tou)+DN150變DN100漸縮管(guan)+90°單彎頭這(zhe)四種阻流(liu)件組💃🏻合形(xing)式，通過改(gai)🈚變前直管(guan)段長度對(dui)V錐流量計(ji)的測⭐量精(jing)度進行實(shi)流實驗,發(fa)現當後直(zhi)管段長度(du)不變時,随(sui)着前🙇‍♀️直管(guan)段長度變(bian)短，流出系(xi)數相對誤(wu)差随🔴之變(bian)大。爲V錐流(liu)量計在以(yi)上四種阻(zu)流件組合(he)條件下，前(qian)直管段長(zhang)📐度變化跟(gen)流出系數(shu)的變化趨(qu)勢圖和雷(lei)諾數㊙️跟流(liu)出系數的(de)關系變化(hua)👣提供了參(can)考。通過🌈對(dui)V錐流量計(ji)和孔闆流(liu)量計結構(gou)的✌️模拟仿(pang)真對比，得(de)到當孔闆(pan)和V錐流量(liang)計的上遊(you)均存在相(xiang)同阻流件(jian)時,流體的(de)未充分發(fa)展對V錐流(liu)量計的測(ce)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(du)下,V錐所需(xu)👅要的前直(zhi)管段相比(bi)于孔㊙️闆要(yao)短。

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