摘要(yao)：測量大(da)管徑、大(da)流量管(guan)道流量(liang)時常用(yong)的各類(lei)流量計(ji) 精度較(jiao)低、價格(ge)昂貴、安(an)裝複雜(za)。差壓式(shi)流量計(ji)應用廣(guang)泛且🚶造(zao)價低，但(dan)精度較(jiao)低，項目(mu)旨在研(yan)究差壓(ya)式流量(liang)計用于(yu)大💋管徑(jing)低流🆚速(su)的液體(ti)測量時(shi)會因差(cha)壓太小(xiao)✨測量精(jing)度低這(zhe)個缺點(dian)進行改(gai)造。提出(chu)利用彎(wan)道布置(zhi)✍️流量計(ji)，依據彎(wan)道管内(nei)水動力(li)學規律(lü)，研究彎(wan)道内總(zong)流量與(yu)旁通管(guan)内流量(liang)關☂️系，通(tong)過實驗(yan)研究率(lü)定設備(bei)🍉參數。
1概(gai)述
　　近年(nian)來，我國(guo)大量水(shui)利科研(yan)工作者(zhe)緻力于(yu)各種流(liu)☁️量計👄的(de)研發，并(bing)取得了(le)重大的(de)進展，國(guo)産流量(liang)計不論(lun)是在性(xing)能上還(hai)是在技(ji)🎯術上均(jun)已經處(chu)于國際(ji)領先水(shui)平。但在(zai)測量150mm以(yi)上口徑(jing)的管道(dao)流🤞量上(shang)，目前的(de)加工制(zhi)造技術(shu)還比🌐較(jiao)落後，不(bu)✌️能生産(chan)出滿意(yi)的優🔞質(zhi)産品。目(mu)前🚩國内(nei)外學者(zhe)😘對大管(guan)徑、大流(liu)速的流(liu)量計開(kai)展了廣(guang)泛的研(yan)究，針對(dui)矩形大(da)口徑彎(wan)道流量(liang)計壓強(qiang)分布問(wen)題，通過(guo)對大量(liang)數據進(jin)行處理(li)，推導出(chu)針對不(bu)同位置(zhi)、不同斷(duan)面的大(da)口徑彎(wan)道流量(liang)計的流(liu)量系數(shu)公式；針(zhen)對🧡流量(liang)系🐅數與(yu)彎管直(zhi)徑的變(bian)化規律(lü)的問題(ti)，利用RNGK-＆湍(tuan)流♋模型(xing)，研究了(le)彎管内(nei)外壁壓(ya)強沿程(cheng)分布和(he)彎徑比(bi)對彎道(dao)壓強的(de)影響，進(jin)而推求(qiu)出不同(tong)彎徑比(bi)、不同管(guan)徑情🧑🏾‍🤝‍🧑🏼況(kuang)下流量(liang)壓差之(zhi)間的關(guan)系；中國(guo)計量學(xue)院以50毫(hao)米管徑(jing)♈爲實驗(yan)前提，經(jing)過大量(liang)實驗研(yan)發了一(yi)種新型(xing)的✔️差壓(ya)式流量(liang)計-雙錐(zhui)流量計(ji)，并将Fluent仿(pang)真軟件(jian)與實流(liu)實驗相(xiang)結合，研(yan)究雙錐(zhui)流量計(ji)流出系(xi)數在雙(shuang)錐直徑(jing)比作用(yong)下的流(liu)量規律(lü)。
2理論分(fen)析
　　通過(guo)分析 差(cha)壓式流(liu)量計 精(jing)度低的(de)原因，研(yan)究分析(xi)流速與(yu)壓差的(de)關系式(shi)，運🐕用彎(wan)道管内(nei)水動力(li)學規律(lü)，設計一(yi)種新型(xing)的彎道(dao)旁通流(liu)量計，以(yi)解決差(cha)壓式流(liu)量計用(yong)于大管(guan)徑低流(liu)速的液(ye)體測量(liang)時會📱導(dao)緻差⛹🏻‍♀️壓(ya)太小從(cong)而變測(ce)量不出(chu)來或者(zhe)測量精(jing)度低這(zhe)個缺點(dian)。理論上(shang)，流體流(liu)經彎管(guan)，在彎曲(qu)部分的(de)任意一(yi)個圓截(jie)面上産(chan)生的🏃🏻‍♂️動(dong)量矩是(shi)大緻相(xiang)同的。但(dan)由于彎(wan)道離心(xin)力的作(zuo)用，流體(ti)在彎道(dao)内外兩(liang)側之間(jian)将産生(sheng)一定的(de)壓力差(cha)，促使流(liu)體在旁(pang)通管👅内(nei)流動。當(dang)彎道内(nei)總👄流量(liang)不同時(shi)，旁通管(guan)流量大(da)小存♌在(zai)較大差(cha)異，旁通(tong)管内‼️流(liu)量大小(xiao)取決于(yu)彎道内(nei)總流量(liang)。
2.1彎道管(guan)内水流(liu)運動規(gui)律
　　爲避(bi)免複雜(za)的彎道(dao)水流運(yun)動對實(shi)驗研究(jiu)産生的(de)不利🌈因(yin)素，現🍉假(jia)設彎道(dao)内的水(shui)流爲理(li)想流體(ti)且爲恒(heng)定流，各(ge)種運♉動(dong)要素均(jun)不随時(shi)間改變(bian)，彎管内(nei)的水流(liu)随水流(liu)的運動(dong)得♻️以充(chong)分發展(zhan)。因水流(liu)受到彎(wan)管内壁(bi)的約束(shu)作用，當(dang)彎管通(tong)✂️水時，該(gai)作🤩用迫(po)使水🙇‍♀️流(liu)改變原(yuan)趨勢運(yun)動方向(xiang)♌，随着此(ci)約束的(de)不斷增(zeng)強🥵，水流(liu)沿彎道(dao)作急變(bian)流曲線(xian)運動。根(gen)據以上(shang)分析：彎(wan)道管内(nei)的水流(liu)運動實(shi)際上是(shi)理想流(liu)體所作(zuo)的曲線(xian)有勢運(yun)動，且該(gai)運🏃🏻‍♂️動以(yi)彎道曲(qu)率爲中(zhong)心。進一(yi)步分析(xi)分布于(yu)該彎管(guan)中👄任意(yi)過水斷(duan)面的水(shui)流🌐如下(xia)：在彎道(dao)中任取(qu)n-n過水斷(duan)面，并于(yu)水平線(xian)成夾角(jiao)α，在所截(jie)取的過(guo)水斷面(mian)上取一(yi)微分柱(zhu)體，設彎(wan)管同一(yi)過水斷(duan)面内、外(wai)兩點的(de)流速與(yu)壓強分(fen)别爲v1、v2和(he)p1、p2，彎管的(de)内半徑(jing)爲r0，彎道(dao)中任意(yi)點的流(liu)速爲u0，管(guan)道截面(mian)内任意(yi)一點距(ju)圓形管(guan)道🌐中心(xin)的距離(li)爲r，該微(wei)分柱體(ti)兩端形(xing)心點離(li)基準面(mian)🎯高度分(fen)别爲z1和(he)z2，作用在(zai)微分柱(zhu)體上🌈的(de)力在n方(fang)向上的(de)投影分(fen)别爲該(gai)柱體兩(liang)端面上(shang)的動水(shui)壓力與(yu)，其自重(zhong)沿n方向(xiang)的投影(ying)，其所受(shou)的離心(xin)慣性力(li)爲，在理(li)想流體(ti)的勢流(liu)流動中(zhong)，由于n方(fang)向與流(liu)線正交(jiao)，此方向(xiang)上各力(li)代數和(he)爲💋零，有(you)：

　　由以上(shang)推導有(you)：曲率中(zhong)心越近(jin)，流速越(yue)大，壓強(qiang)越小，旁(pang)🔞通🈲管内(nei)流量較(jiao)小；反之(zhi)，則流速(su)越小，壓(ya)強越大(da)，旁通管(guan)内流量(liang)較大。
2.2研(yan)究方法(fa)
　　從研究(jiu)彎道管(guan)内水流(liu)運動規(gui)律出發(fa)，根據現(xian)有的研(yan)究技術(shu)嘗試性(xing)的研究(jiu)彎道角(jiao)度、管道(dao)直徑、流(liu)速對彎(wan)管内總(zong)流🍓量與(yu)旁通管(guan)内流量(liang)關系的(de)影響，研(yan)發出該(gai)裝置，進(jin)🔞行實驗(yan)驗證與(yu)分析，利(li)用能量(liang)方程、動(dong)量方程(cheng)，最終結(jie)合實驗(yan)數據得(de)出彎道(dao)内總流(liu)量🎯與旁(pang)通管内(nei)流量關(guan)系，從而(er)提高對(dui)大管徑(jing)低流速(su)的液體(ti)進行流(liu)量測定(ding)時的精(jing)度。假設(she)彎管内(nei)的流體(ti)爲不可(ke)壓縮的(de)實際流(liu)體，其可(ke)連續穩(wen)定的流(liu)經彎管(guan)，彎管内(nei)流動的(de)☎️流體滿(man)足連續(xu)性☂️方👨‍❤️‍👨程(cheng)、能量方(fang)程和動(dong)量方程(cheng)等。綜上(shang)可見，對(dui)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼于既定(ding)的彎管(guan)，通過測(ce)定流體(ti)流經彎(wan)管時産(chan)生的壓(ya)力差和(he)流體相(xiang)關參數(shu)，利用電(dian)磁流量(liang)計測出(chu)旁通管(guan)流量，繼(ji)而推求(qiu)出主管(guan)道内總(zong)流量。
3流(liu)量關系(xi)公式的(de)實驗驗(yan)證
　　彎道(dao)内總流(liu)量-旁通(tong)管内流(liu)量實驗(yan)裝置的(de)設計：
　　爲(wei)了對推(tui)導流量(liang)關系基(ji)本公式(shi)進行實(shi)驗驗證(zheng)、并對基(ji)本公式(shi)中流量(liang)參數的(de)變化規(gui)律進行(hang)研究，采(cai)用實驗(yan)裝置進(jin)行了實(shi)驗測量(liang)。測量儀(yi)器準備(bei)就緒♊後(hou)，開啓水(shui)泵向㊙️管(guan)路中充(chong)水。按不(bu)同開度(du)打開控(kong)制閥門(men)，待管道(dao)中水流(liu)穩定後(hou)，使經濟(ji)流速分(fen)别控制(zhi)在，同時(shi)分别讀(du)取電磁(ci)流量計(ji)和電子(zi)渦輪流(liu)量計的(de)讀數。當(dang)閥📧門達(da)到最大(da)開度後(hou)，再逐漸(jian)關閉控(kong)制閥門(men)，按同樣(yang)方法讀(du)取和記(ji)錄測量(liang)數據。取(qu)同一開(kai)度兩次(ci)數據平(ping)均值🏃作(zuo)爲該開(kai)度下的(de)測量數(shu)據。
4測試(shi)結果分(fen)析
　　經過(guo)多次模(mo)拟及模(mo)型試驗(yan)，通過改(gai)變彎管(guan)上測壓(ya)孔的位(wei)置與彎(wan)道管徑(jing)，即改變(bian)壓力作(zuo)用點，改(gai)變彎管(guan)總流量(liang)發現：
　　當(dang)流體進(jin)入彎管(guan)後，因爲(wei)彎道外(wai)壁對流(liu)體産生(sheng)一定的(de)🏃‍♀️導流作(zuo)用，流體(ti)在作圓(yuan)周運動(dong)時所産(chan)生的離(li)心力作(zuo)用于彎(wan)管的⭐内(nei)外兩側(ce),使彎道(dao)内外兩(liang)側産生(sheng)一個壓(ya)力差，這(zhe)個壓力(li)差促使(shi)流體📱在(zai)旁通管(guan)内流動(dong)， 電磁流(liu)量計 測(ce)量流經(jing)旁通管(guan)内的流(liu)量，測壓(ya)孔取在(zai)彎管45°截(jie)面🏒時旁(pang)通✊管内(nei)流量達(da)到最大(da)，最穩定(ding)；測壓孔(kong)取在彎(wan)管22.5°截面(mian)時旁通(tong)💃🏻管内流(liu)量👨‍❤️‍👨測量(liang)值誤差(cha)較大，但(dan)具有💛較(jiao)好的重(zhong)現性♻️；測(ce)壓孔取(qu)在彎管(guan)67.5°截面時(shi)旁通管(guan)内流量(liang)測量誤(wu)差值呈(cheng)發散現(xian)象。
5結論(lun)與展望(wang)
5.1結論
　　本(ben)設計采(cai)用模拟(ni)與模型(xing)試驗相(xiang)結合的(de)方法綜(zong)合分析(xi)研究了(le)管道彎(wan)道旁通(tong)流量計(ji)的特性(xing)并得出(chu)以下主(zhu)要結論(lun)：
（1）由于彎(wan)道離心(xin)力的作(zuo)用，流體(ti)在彎道(dao)内外兩(liang)側之🍓間(jian)将🌍産❤️生(sheng)♌一定的(de)壓力差(cha)，促使流(liu)體在旁(pang)通管内(nei)流動。
（2）當(dang)彎管内(nei)總流量(liang)不同時(shi)，旁通管(guan)流量大(da)小存在(zai)較大差(cha)👣異，此流(liu)量的大(da)小與彎(wan)管内總(zong)流量有(you)關。
（3）通過(guo)觀測旁(pang)通所聯(lian)通的電(dian)磁流量(liang)計讀數(shu)，确定小(xiao)🈲彎♊管内(nei)的流量(liang)，根據模(mo)拟出的(de)大小彎(wan)管之間(jian)的流量(liang)大小關(guan)💋系，從而(er)推知管(guan)💃道内總(zong)流量，且(qie)測壓孔(kong)取在彎(wan)管45°截面(mian)時♊，所推(tui)求🔴的管(guan)道内總(zong)流量與(yu)實際流(liu)🌈量誤差(cha)最小。本(ben)課題創(chuang)造性的(de)提出利(li)用彎道(dao)布置流(liu)量計，依(yi)據彎道(dao)管内水(shui)㊙️動力學(xue)規律，研(yan)究彎道(dao)内♍總流(liu)量與旁(pang)✨通管内(nei)流量關(guan)系，通過(guo)實驗研(yan)究率定(ding)設備參(can)數，應用(yong)前景廣(guang)闊。
5.2展望(wang)
　　需要指(zhi)出的是(shi)，管道彎(wan)道旁通(tong)流量計(ji)是一種(zhong)新型的(de)♊結❗構🈲型(xing)式，目前(qian)在此方(fang)面的國(guo)内外的(de)理論研(yan)究和實(shi)踐較少(shao)，因此，要(yao)使這種(zhong)新型結(jie)構盡快(kuai)得到廣(guang)泛使用(yong)，還需要(yao)進一步(bu)深入探(tan)讨。本設(she)💋計模拟(ni)與模型(xing)試驗對(dui)管道彎(wan)道旁通(tong)流量計(ji)的特性(xing)進行了(le)研究，但(dan)仍有不(bu)🆚足之處(chu)，在以㊙️後(hou)的研究(jiu)中可以(yi)從以下(xia)🌈幾方面(mian)考慮：
（1）本(ben)設計中(zhong)以恒定(ding)理想液(ye)體爲基(ji)礎進行(hang)的試驗(yan)，但在實(shi)際工程(cheng)中，流體(ti)通常爲(wei)非恒定(ding)流，因此(ci)，以後的(de)研究應(ying)在非恒(heng)定流作(zuo)用下進(jin)行。
（2）本設(she)計中采(cai)用的彎(wan)道管徑(jing)爲200mm和300mm，在(zai)以後的(de)研究應(ying)采🆚用管(guan)徑更大(da)的彎管(guan)進行試(shi)驗，以調(diao)整參數(shu)的變化(hua)的範圍(wei)，使經🥰驗(yan)公🍓式具(ju)有普遍(bian)适用性(xing)。

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