摘(zhai)要:利(li)用常(chang)壓氣(qi)體作(zuo)爲流(liu)動介(jie)質，以(yi)流出(chu)系數(shu)平🤩均(jun)相對(dui)誤差(cha)、線性(xing)度和(he)不确(que)定度(du)爲評(ping)價指(zhi)标，通(tong)過實(shi)流實(shi)驗。研(yan)究上(shang)遊組(zu)合🔅管(guan)件對(dui)V
錐流(liu)量計(ji)
測量(liang)性能(neng)的影(ying)響。在(zai)上遊(you)相同(tong)阻流(liu)件條(tiao)件下(xia)建模(mo)仿真(zhen),對V錐(zhui)流量(liang)計和(he)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)結構(gou)進行(hang)對比(bi)。
0引言(yan)
V錐流(liu)量計(ji)尚未(wei)實現(xian)國際(ji)國内(nei)甚至(zhi)行業(ye)範圍(wei)内的(de)🔆标🍓準(zhun)化，目(mu)前僅(jin)獲得(de)加拿(na)大工(gong)業部(bu)的天(tian)然氣(qi)密閉(bi)管輸(shu)⁉️交接(jie)準入(ru)認可(ke)、美國(guo)機械(xie)工程(cheng)師協(xie)會的(de)制造(zao)認可(ke)等。自(zi)2003年以(yi)來,國(guo)内也(ye)在積(ji)極開(kai)展對(dui)V錐流(liu)量計(ji)的推(tui)廣和(he)使用(yong)工作(zuo)，然而(er)生産(chan)廠家(jia)對量(liang)㊙️程比(bi)、壓力(li)損失(shi)、精度(du)等關(guan)鍵技(ji)術指(zhi)标乃(nai)至安(an)裝條(tiao)件都(dou)直接(jie)采取(qu)美國(guo)MeCrometer公司(si)産品(pin)說明(ming)書的(de)方式(shi)。國内(nei)關于(yu)☂️V錐流(liu)量計(ji)安裝(zhuang)使用(yong)條件(jian)的實(shi)驗研(yan)究鮮(xian)見報(bao)道。
對(dui)DN100球閥(fa)+ DN100單彎(wan)頭, DN150球(qiu)閥+ DN150變(bian)DN100漸縮(suo)管,DN150球(qiu)閥+ 90°單(dan)彎頭(tou)+ DN150變D100漸(jian)縮管(guan)🏒, DN150球閥(fa)+90°單彎(wan)頭+DN150變(bian)DN100漸縮(suo)管+ 90°單(dan)彎頭(tou)這四(si)種阻(zu)流件(jian)組合(he)形式(shi),通過(guo)改變(bian)前直(zhi)管段(duan)長度(du)對V錐(zhui)流量(liang)計的(de)測量(liang)精度(du)進行(hang)實流(liu)實驗(yan)，從而(er)得✔️出(chu)在上(shang)述四(si)種阻(zu)流件(jian)組合(he)的📱工(gong)況,V錐(zhui)流量(liang)計的(de)測量(liang)性能(neng)變化(hua)趨勢(shi)。 還通(tong)過模(mo)拟仿(pang)♉真對(dui)V錐流(liu)量計(ji)和
孔(kong)闆流(liu)量計(ji)
的結(jie)構進(jin)行對(dui)比。
1安(an)裝條(tiao)件對(dui)V錐流(liu)量計(ji)測量(liang)精度(du)影響(xiang)的實(shi)驗研(yan)究
1.1 V錐(zhui)流量(liang)計的(de)基準(zhun)實驗(yan)
用于(yu)V錐流(liu)量計(ji)直管(guan)段長(zhang)50D,後直(zhi)管段(duan)長3D,管(guan)道内(nei)流體(ti)流動(dong)爲充(chong)分發(fa)展的(de)淌流(liu)狀态(tai)06團團(tuan)團[51。前(qian)期大(da)量文(wen)📞獻表(biao)明，前(qian)直管(guan)段長(zhang)度達(da)到50D時(shi),可以(yi)認爲(wei)流場(chang)已經(jing)充分(fen)發展(zhan):同時(shi)，後直(zhi)管段(duan)達到(dao)3D,不會(hui)影響(xiang)V錐量(liang)計的(de)流出(chu)系數(shu)。故上(shang)遊阻(zu)流件(jian)實驗(yan)♈結果(guo)均按(an)照前(qian)直管(guan)段50D,後(hou)直管(guan)段3D爲(wei)基準(zhun)進行(hang)比較(jiao)，從而(er)得🏃🏻♂️到(dao)流出(chu)系數(shu)和流(liu)出系(xi)數🐅相(xiang)對誤(wu)差的(de)變化(hua)情況(kuang)。
1.2.上遊(you)阻流(liu)件對(dui)V錐流(liu)量計(ji)測量(liang)精度(du)影響(xiang)的實(shi)驗研(yan)🔴究.
1.2.1. 上(shang)遊阻(zu)流件(jian)類型(xing)一 DN100球(qiu)閥+ DN100單(dan)彎頭(tou)的實(shi)驗研(yan)究
阻(zu)流件(jian)類型(xing)爲DN100球(qiu)閥+ DN100單(dan)彎頭(tou)的雷(lei)諾數(shu)流出(chu)系數(shu)曲線(xian)圖如(ru)圖1所(suo)示，從(cong)圖中(zhong)可以(yi)看出(chu),在雷(lei)諾數(shu)大于(yu)80 000時随(sui)着前(qian)直管(guan)段♊長(zhang)度㊙️的(de)縮短(duan)，流出(chu)系數(shu)呈遞(di)增趨(qu)勢🐪:當(dang)雷諾(nuo)數小(xiao)于80 000時(shi)，流出(chu)系數(shu)随前(qian)直管(guan)段長(zhang)度變(bian)化無(wu)明顯(xian)增減(jian)趨勢(shi),無法(fa)進行(hang)有♋規(gui)律的(de)判斷(duan)。同時(shi)和基(ji)準實(shi)驗數(shu)據相(xiang)差比(bi)較大(da),當雷(lei)諾數(shu)在250 000那(na)點時(shi),基🌈準(zhun)實驗(yan)的數(shu)據和(he)其他(ta)的很(hen)接近(jin)。
從表(biao)1可以(yi)看出(chu)，當直(zhi)管段(duan)長度(du)小于(yu)3D時，随(sui)着直(zhi)管段(duan)長度(du)的縮(suo)短，平(ping)均相(xiang)對誤(wu)差呈(cheng)遞增(zeng)趨勢(shi):當直(zhi)管段(duan)🔞長度(du)大于(yu)3D時，平(ping)均相(xiang)對誤(wu)差變(bian)化不(bu)大。此(ci)變化(hua)趨勢(shi)也可(ke)見💋圖(tu)2所示(shi)。
1.2.2上遊(you)阻流(liu)件類(lei)型- -DN150 球(qiu)閥+ DN150變(bian)DN100漸縮(suo)管的(de)實驗(yan)研究(jiu)
阻流(liu)件類(lei)型爲(wei)DN150 球閥(fa)+ DN150變DN100漸(jian)縮管(guan)的雷(lei)諾數(shu)流出(chu)系數(shu)曲🌈線(xian)☀️圖如(ru)圖3所(suo)示，從(cong)圖中(zhong)可以(yi)看出(chu),随着(zhe)前直(zhi)管段(duan)長度(du)的改(gai)變,流(liu)🚩出系(xi)數基(ji)本不(bu)變，但(dan)略小(xiao)于基(ji)準實(shi)驗流(liu)出系(xi)數。
從(cong)表2和(he)圖4可(ke)以看(kan)出,在(zai)該工(gong)況下(xia)，雖然(ran)存在(zai)流.出(chu)系數(shu)相⭐對(dui)誤差(cha),但前(qian)直管(guan)段長(zhang)度對(dui)流出(chu)系數(shu)的影(ying)響基(ji)本🤞可(ke)以忽(hu)略，且(qie)相對(dui)誤差(cha)也不(bu)是很(hen)大。
1.2.3. 上(shang)遊阻(zu)流件(jian)類型(xing)- -DN150球閥(fa)+90*單彎(wan)頭+DNI50變(bian)D100漸縮(suo)管的(de)實驗(yan)研究(jiu)
阻流(liu)件類(lei)型爲(wei)DN150球閥(fa)+90°單彎(wan)頭+ DN150變(bian)DN100漸縮(suo)管的(de)雷諾(nuo)數流(liu)出系(xi)🐆數曲(qu)線‼️圖(tu)如圖(tu)5所示(shi)，從圖(tu)中可(ke)以看(kan)出,随(sui)着前(qian)💋直管(guan)段長(zhang)度的(de)縮短(duan)，流出(chu)🌈系數(shu)呈遞(di)減趨(qu)勢。
從(cong)表3和(he)圖6可(ke)以看(kan)出，随(sui)着前(qian)直管(guan)段長(zhang)度的(de)增長(zhang)，流出(chu)系數(shu)相對(dui)誤差(cha)呈減(jian)小趨(qu)勢。
1.2.4. 上(shang)遊阻(zu)流件(jian)類型(xing)一-DN150球(qiu)閥+90°單(dan)彎頭(tou)+DN150變DN100漸(jian)縮管(guan)+90°單彎(wan)頭的(de)實驗(yan)研究(jiu)
阻流(liu)件類(lei)型爲(wei)DN150球閥(fa)+ 90°單彎(wan)頭+ DN150變(bian)DN100漸縮(suo)管+90°單(dan)彎頭(tou)的雷(lei)😍諾數(shu)流出(chu)系🔴數(shu)曲線(xian)圖如(ru)圖7所(suo)示，流(liu)出系(xi)數均(jun)略大(da)💛于基(ji)準實(shi)驗流(liu)出系(xi)數，且(qie)改變(bian)前直(zhi)管段(duan)長度(du)對流(liu)出系(xi)數🔱的(de)影響(xiang)很小(xiao)。
從表(biao)4和圖(tu)8可以(yi)看出(chu)，平均(jun)相對(dui)誤差(cha)與前(qian)直管(guan)段長(zhang)度無(wu)明顯(xian)關系(xi)，且偏(pian)差均(jun)不大(da)。
2V錐流(liu)量計(ji)和孔(kong)闆流(liu)量計(ji)結構(gou)的模(mo)拟仿(pang)真對(dui)比
V錐(zhui)流量(liang)計作(zuo)爲一(yi)-種新(xin)型的(de)差壓(ya)式流(liu)量計(ji),其工(gong)作原(yuan)理和(he)孔🐕闆(pan)流量(liang)計相(xiang)同。介(jie)質通(tong)過V錐(zhui)時,由(you)于阻(zu)流件(jian)V錐的(de)存在(zai)，使🧑🏽🤝🧑🏻得(de)流🌈體(ti)的流(liu)過面(mian)積發(fa)生變(bian)化，從(cong)而流(liu)速發(fa)生變(bian)化🌈。根(gen)據伯(bo)努利(li)方程(cheng)，流速(su)✔️的變(bian)化引(yin)起.壓(ya)力的(de)變化(hua)，該壓(ya)力的(de)變化(hua)與⭕介(jie)質的(de)流速(su)之間(jian)存♍在(zai)一
變(bian)DN100漸縮(suo)管+90°單(dan)彎頭(tou)的流(liu)出系(xi)數相(xiang)對誤(wu)差曲(qu)線定(ding)的📱關(guan)👌系。因(yin)此，可(ke)通過(guo)測量(liang)錐體(ti)前後(hou)的差(cha)壓達(da)到測(ce)量流(liu)體流(liu)量的(de)目📞的(de)。雖然(ran)與孔(kong)闆原(yuan)理一(yi)樣，但(dan)是最(zui)本🙇♀️質(zhi)的區(qu)别在(zai)于孔(kong)闆爲(wei)中心(xin)收縮(suo)型節(jie)流裝(zhuang)置,而(er)V錐爲(wei)邊壁(bi)收㊙️縮(suo)型節(jie)流裝(zhuang)置。
測(ce)量範(fan)圍窄(zhai)是制(zhi)約孔(kong)闆流(liu)量計(ji)使用(yong)的主(zhu)要原(yuan)因。--方(fang)面由(you)于孔(kong)闆的(de)流出(chu)系數(shu)随雷(lei)諾數(shu)的變(bian)化而(er)變✌️化(hua)較大(da),另👌一(yi)方面(mian)孔闆(pan)的突(tu)然節(jie)流導(dao)緻孔(kong)闆後(hou)産生(sheng)較大(da)🌈的漩(xuan)渦，該(gai)漩渦(wo)的存(cun)在直(zhi)接導(dao)🏃🏻緻測(ce)量的(de)差壓(ya)信号(hao)噪聲(sheng)較大(da);而V錐(zhui)流量(liang)計克(ke)服了(le)以上(shang)的缺(que)點🐪。如(ru)圖9所(suo)示,V錐(zhui)流量(liang)計是(shi)由與(yu)管道(dao)同軸(zhou)的内(nei)部節(jie)流❄️件(jian)V錐和(he)取壓(ya)裝✌️置(zhi)組成(cheng)，流體(ti)經過(guo)時并(bing)不像(xiang)孔闆(pan)那樣(yang)突然(ran)改變(bian)流體(ti)的流(liu)動狀(zhuang)态，而(er)是介(jie)質随(sui)着錐(zhui)體的(de)方向(xiang)向邊(bian)壁收(shou)縮，該(gai)錐體(ti)起到(dao)調整(zheng)🛀介質(zhi)流動(dong)狀态(tai)的作(zuo)用,重(zhong)塑了(le)流束(shu)曲線(xian)，使流(liu)體的(de)流動(dong)更加(jia)穩定(ding)。實踐(jian)證明(ming)，相比(bi)于孔(kong)闆流(liu)量計(ji),V錐流(liu)量計(ji)的流(liu)出系(xi)數随(sui)雷諾(nuo)數的(de)變化(hua)基本(ben)🏃♀️不變(bian)，且需(xu)要較(jiao)短的(de)前🌍直(zhi)管段(duan)。
實流(liu)實驗(yan)的結(jie)果表(biao)明，即(ji)使上(shang)遊存(cun)在各(ge)種不(bu)同類(lei)型的(de)阻流(liu)件🤞時(shi),對于(yu)V錐流(liu)量計(ji)來說(shuo)隻需(xu)3D的前(qian)直管(guan)段即(ji)可保(bao)證計(ji)☀️量精(jing)度在(zai)+0. 5%的範(fan)圍之(zhi)内,而(er)對于(yu)孔闆(pan)來說(shuo)則需(xu)要10D甚(shen)至30D的(de)前🤞直(zhi)管段(duan)才能(neng)達到(dao)同V錐(zhui)的同(tong)等精(jing)度。爲(wei)了更(geng)好的(de)從本(ben)質上(shang)來分(fen)析兩(liang)種差(cha)壓式(shi)流量(liang)計的(de)差🙇🏻異(yi)，采用(yong)CFD軟件(jian)Fluent分别(bie)對兩(liang)種流(liu)量計(ji)在上(shang)👉遊存(cun)在相(xiang)同阻(zu)⛱️流件(jian)即球(qiu)閥+90°彎(wan)✉️頭)時(shi)的情(qing)況進(jin)行建(jian)模仿(pang)真。仿(pang)真的(de)錐體(ti)和孔(kong)闆部(bu)分的(de)壓力(li)雲圖(tu)以及(ji)❤️速🐉度(du)矢量(liang)圖如(ru)圖10至(zhi)圖13所(suo)示。
對(dui)比圖(tu)10與圖(tu)12不難(nan)發現(xian)，V錐的(de)下遊(you)取壓(ya)在錐(zhui)體尾(wei)部，避(bi)開了(le)漩渦(wo)較大(da)的區(qu)域,處(chu)在一(yi)個速(su)度較(jiao)爲平(ping)穩的(de)區域(yu)。而孔(kong)闆的(de)下遊(you)取壓(ya)剛好(hao)處在(zai)漩渦(wo)區域(yu)，漩渦(wo)的存(cun)在導(dao)緻了(le)孔闆(pan)🔞下遊(you)的壓(ya)力信(xin)号的(de)采集(ji)存在(zai)較大(da)的幹(gan)擾。因(yin)此♈，采(cai)用同(tong)樣的(de)差壓(ya)變送(song)器對(dui)兩🧡種(zhong)流量(liang)計進(jin)☀️行測(ce)量時(shi),V錐🍓流(liu)量計(ji)的差(cha)壓信(xin)号的(de)信🌈噪(zao)比要(yao)明顯(xian)❤️高于(yu)孔闆(pan)。
如此(ci)，在流(liu)體流(liu)過V錐(zhui)時，流(liu)體介(jie)質的(de)方向(xiang)會随(sui)着錐(zhui)體的(de)邊👉壁(bi)慢慢(man)向管(guan)壁收(shou)縮，如(ru)圖11所(suo)示，流(liu)過錐(zhui)體之(zhi)後形(xing)成漩(xuan)🌂渦，無(wu)論錐(zhui)體前(qian)㊙️端的(de)流體(ti)的流(liu)動是(shi)否得(de)到充(chong)分發(fa)展，在(zai)錐體(ti)尾部(bu)還是(shi)會存(cun)在一(yi)個速(su)度相(xiang)對平(ping)穩的(de)區域(yu)。而對(dui)🐪于孔(kong)闆而(er)言，它(ta)的這(zhe)種結(jie)構使(shi)⭐得流(liu)束在(zai)管道(dao)中心(xin)突然(ran)收縮(suo)，在下(xia)遊📞取(qu)壓處(chu)産生(sheng)較大(da)的漩(xuan)渦，前(qian)端流(liu)體是(shi)否充(chong)分發(fa)展将(jiang)會對(dui)漩渦(wo)的特(te)性産(chan)生不(bu)确定(ding)性的(de)影響(xiang)，這就(jiu)直接(jie)影響(xiang)着差(cha)壓信(xin)号的(de)測量(liang)。因此(ci),在;孔(kong)闆和(he)V錐流(liu)量計(ji)的上(shang)遊均(jun)🔞存在(zai)相同(tong)阻流(liu)件時(shi)，流體(ti)的未(wei)充分(fen)發展(zhan)對V錐(zhui)🧑🏽🤝🧑🏻流量(liang)計的(de)測量(liang)産生(sheng)的影(ying)響較(jiao)小，而(er)對于(yu)孔闆(pan)❤️産生(sheng)的影(ying)響較(jiao)大，即(ji)在保(bao)證同(tong)樣精(jing)度下(xia)，V錐所(suo)需要(yao)的前(qian)直管(guan)段相(xiang)比于(yu)孔闆(pan)要短(duan)。
3總結(jie)
對DN100球(qiu)閥+DN100單(dan)彎頭(tou),DN150球閥(fa)+DN150變DN100漸(jian)縮管(guan),DN150球閥(fa)+90°單彎(wan)頭+DN150變(bian)D100 漸縮(suo)管,DN150球(qiu)閥+ 90°單(dan)彎頭(tou)+DN150變DN100漸(jian)縮管(guan)+90°單彎(wan)頭這(zhe)四種(zhong)阻流(liu)件組(zu)合形(xing)式，通(tong)過改(gai)🏃變前(qian)直管(guan)段長(zhang)度對(dui)V錐流(liu)量計(ji)的測(ce)量精(jing)度進(jin)行實(shi)流實(shi)驗,發(fa)現當(dang)後直(zhi)管段(duan)長度(du)不變(bian)時,随(sui)着前(qian)直管(guan)段長(zhang)💔度變(bian)短，流(liu)出系(xi)數相(xiang)對誤(wu)差随(sui)🐕之變(bian)大。爲(wei)V錐流(liu)量計(ji)在以(yi)上四(si)種阻(zu)流件(jian)組合(he)條件(jian)下，前(qian)直管(guan)段長(zhang)🧑🏾🤝🧑🏼度變(bian)化跟(gen)流出(chu)系數(shu)的變(bian)化趨(qu)🌏勢圖(tu)和雷(lei)諾數(shu)跟流(liu)出系(xi)數的(de)關系(xi)變化(hua)提供(gong)了參(can)考。通(tong)過對(dui)V錐流(liu)量計(ji)和孔(kong)闆流(liu)量計(ji)結構(gou)的模(mo)拟仿(pang)真對(dui)🈚比，得(de)到當(dang)孔闆(pan)和V錐(zhui)流量(liang)計的(de)上遊(you)均存(cun)在相(xiang)🐉同阻(zu)流件(jian)時,流(liu)體的(de)未充(chong)分發(fa)展對(dui)V錐流(liu)量計(ji)的測(ce)量産(chan)生的(de)影響(xiang)較小(xiao)而對(dui)于孔(kong)💃闆産(chan)生的(de)影響(xiang)較大(da)，即在(zai)🔱保證(zheng)同樣(yang)精度(du)下,V錐(zhui)所需(xu)要的(de)前🐉直(zhi)管段(duan)相比(bi)于孔(kong)闆要(yao)短。
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