摘(zhai)要:針對(dui)速度分(fen)布的不(bu)對稱性(xing)對均速(su)管流量(liang)計 測量(liang)精度影(ying)響的問(wen)題，利用(yong)計算流(liu)體力學(xue)(CFD)軟件，對(dui)👉均速管(guan)流量計(ji)的内部(bu)流場進(jin)行了3D數(shu)值模拟(ni)。采用有(you)限體積(ji)法，引人(ren)标🥵準k-ensilon湍(tuan)流模型(xing)對控制(zhi)方程進(jin)行🐆離散(san)和求解(jie)，得出了(le)均速管(guan)流量計(ji)在👈彎管(guan)後不同(tong)直管段(duan)位♌置和(he)不同流(liu)速條件(jian)下的流(liu)場動力(li)學參📐數(shu);利用得(de)到的差(cha)壓模拟(ni)⛷️數據計(ji)算得出(chu)流量系(xi)數，并對(dui)測量精(jing)度進行(hang)了分析(xi)。
引言
　　均(jun)速管流(liu)量計是(shi)基于皮(pi)托管流(liu)量計發(fa)展起來(lai)的一種(zhong)☀️新型 差(cha)壓式流(liu)量計 ，其(qi)目的是(shi)爲了克(ke)服皮托(tuo)管流量(liang)計因單(dan)點取樣(yang)而對管(guan)内速度(du)📞分布對(dui)稱性的(de)嚴格要(yao)求。通過(guo)采用如(ru)圖1所🔴示(shi)的在近(jin)管壁⭕處(chu)的多點(dian)取壓方(fang)法，均速(su)管流⚽量(liang)計可以(yi)應用于(yu)非對稱(cheng)性流速(su)分布管(guan)段的流(liu)量測量(liang)，适用❓範(fan)圍更大(da)，測量精(jing)度也有(you)所提高(gao)。因其結(jie)🆚構簡單(dan)，安裝方(fang)便，價格(ge)低⛷️和節(jie)能的優(you)點，現已(yi)被廣📱泛(fan)的應用(yong)于冶金(jin)、石化等(deng)工業計(ji)量中。
 
　　圖(tu)2所示爲(wei)均速管(guan)流最計(ji)檢測杆(gan)的橫截(jie)面，其均(jun)壓原理(li)是✉️湧過(guo)分布幹(gan)管壁附(fu)近的多(duo)點取壓(ya)孔..将壓(ya)強引入(ru)檢測杆(gan)内部✏️的(de)均🈲壓腔(qiang)，迎流面(mian)取壓孔(kong).引人⭕高(gao)壓(沖壓(ya))，側面取(qu)壓孔引(yin)入低壓(ya)(靜壓㊙️)，引(yin)入的各(ge)點壓強(qiang)在均壓(ya)腔内平(ping)均後被(bei)引壓管(guan)引出。
 
　　均(jun)速管流(liu)量計測(ce)量原理(li)遵循伯(bo)努利方(fang)程，設均(jun)速管流(liu)量計檢(jian)測杆迎(ying)流取壓(ya)孔處速(su)度爲U,(m/s)，壓(ya)力爲P1(Pa)，檢(jian)測杆側(ce)流☎️取壓(ya)孔.處✊的(de)流💃🏻速爲(wei)U2(m/s)，壓力爲(wei)P2(Pa)，忽略摩(mo)擦阻力(li)，流體高(gao)度差等(deng)因素👌，可(ke)得到🏃‍♂️:
 
　　其(qi)中流量(liang)系數K由(you)多種因(yin)素共同(tong)影響，是(shi)測量探(tan)頭速度(du)系數、被(bei)測管道(dao)速度分(fen)布修正(zheng)系數和(he)管道安(an)裝幹擾(rao)系數三(san)🐕部分的(de)乘積4。其(qi)中速度(du)系數可(ke)看作流(liu)量計在(zai)均勻流(liu)場中流(liu)速與輸(shu)出差壓(ya)之間關(guan)系✨的修(xiu)正;速度(du)分布系(xi)數是管(guan)道内處(chu)幹充分(fen)發展流(liu)動時流(liu)速分布(bu)對平均(jun)速度測(ce)量影響(xiang)的修正(zheng);系數則(ze)是現場(chang)安裝條(tiao)件對流(liu)量測‼️量(liang)影響的(de)修正㊙️1。流(liu)量系數(shu)K的準确(que)與否會(hui)直接影(ying)響流最(zui)測量的(de)精度。工(gong)程應用(yong)時都是(shi)通過🛀🏻實(shi)驗标定(ding)作爲固(gu)定值應(ying)用于實(shi)際測量(liang)💔。
　　均速管(guan)流量計(ji)取樣具(ju)有實際(ji)意義的(de)前提是(shi)管道内(nei)的速度(du)分布是(shi)對稱穩(wen)定的充(chong)分發展(zhan)湍流，各(ge)個取壓(ya)孔的速(su)度🈲算數(shu)平均值(zhi)近似等(deng)于管道(dao)截面的(de)平均速(su)度"，這是(shi)插入式(shi)均速流(liu)♋量計的(de)測量精(jing)度取決(jue)于管道(dao)🈚内流速(su)分💃🏻布的(de)特點。--般(ban)而言，完(wan)全對稱(cheng)的速度(du)分布是(shi)📧最理想(xiang)的，但在(zai)應用過(guo)程中受(shou)實際情(qing)況的限(xian)制，并不(bu)能保證(zheng)有足夠(gou)長的直(zhi)管段使(shi)流動達(da)到充分(fen)發展，在(zai)現場直(zhi)❓管段長(zhang)度較短(duan)、上遊又(you)有彎管(guan)阻件導(dao)緻流速(su)分布複(fu)雜時，測(ce)量誤差(cha)會較大(da)。
　　爲了更(geng)深人地(di)了解管(guan)内流速(su)分布特(te)點對流(liu)量系數(shu)的影響(xiang)，本文對(dui)處幹彎(wan)管後不(bu)同直管(guan)段位置(zhi)和不同(tong)流速條(tiao)件下的(de)均速流(liu)量計内(nei)部流場(chang)進行了(le)⭕數值模(mo)拟，并分(fen)✔️析了管(guan)内速度(du)分布對(dui)🥰均速管(guan)流量計(ji)的測量(liang)精度的(de)影響。
1.數(shu)值模拟(ni)
1.1物理模(mo)型和數(shu)值方法(fa)
　　計算洗(xi)擇檢測(ce)杆有效(xiao)長度爲(wei)200mm的彈頭(tou)狀威力(li)巴均速(su)管❌流量(liang)計爲物(wu)理模型(xing);垂直于(yu)管道中(zhong)心線、彎(wan)管平面(mian)🈲插入;三(san)對取壓(ya)✍️孔按照(zhao)切比雪(xue)夫法分(fen)布[6l;陽塞(sai)比爲8.9%，可(ke)忽略檢(jian)測杆對(dui)管道内(nei)😍流速的(de)影響;工(gong)作介質(zhi)爲常溫(wen)🐕空氣，密(mi)度爲1.225ke/m3，運(yun)動黏🌈度(du)爲1.7894x10-5;彎管(guan)🔆前直管(guan)段㊙️L0=20D，彎管(guan)後直管(guan)段長度(du)L1=4D~11D，均速管(guan)流量計(ji)後直管(guan)段長度(du)🈲爲L2=5D,圖3所(suo)示爲⛹🏻‍♀️計(ji)算域彎(wan)管平面(mian)示意圖(tu)，流速範(fan)圍爲6~30m/s,對(dui)應的雷(lei)諾數範(fan)圍是0.822x105~4.11x105.
 
　　利(li)用前處(chu)理軟件(jian)ICEM對計算(suan)區域進(jin)行網格(ge)劃分，采(cai)用非均(jun)🈲勻網格(ge)，并對網(wang)格進行(hang)優化，檢(jian)測杆内(nei)部空腔(qiang)采用🤞較(jiao)密集的(de)網格，最(zui)小網格(ge)尺寸爲(wei)0.2mm，對靠近(jin)流量計(ji)的一-段(duan)管道👅進(jin)行加密(mi)最小網(wang)格尺寸(cun)爲1mm，以保(bao)證🍉數值(zhi)模拟的(de)精度圖(tu)4是整個(ge)流👉場的(de)三維仿(pang)真模型(xing)示意圖(tu)。
 
　　用Fluent流體(ti)力學軟(ruan)件進行(hang)數值模(mo)拟，用有(you)限體積(ji)法對控(kong)制方程(cheng)進行離(li)散，模型(xing)選用标(biao)準k-eDsilon湍流(liu)模型，近(jin)壁區采(cai)用标準(zhun)壁面函(han)數法👅，入(ru)口條件(jian)采用Velocitv-inlet，出(chu)口條件(jian)🙇🏻采用Pressure-outlet。
1.2控(kong)制方程(cheng)和湍流(liu)模型
　　求(qiu)解各個(ge)算例的(de)的流體(ti)動力學(xue)特性可(ke)以用流(liu)體力學(xue)基本方(fang)程14.71.
連續(xu)性方程(cheng)爲:
 
 
式中(zhong)，Umax是管道(dao)中心速(su)度，r是管(guan)道内部(bu)任意.點(dian)距離管(guan)中心的(de)距離💃，R是(shi)管道半(ban)徑，指數(shu)n與雷諾(nuo)數Re有關(guan)。
1.4仿真結(jie)果和讨(tao)論
　　在不(bu)同直管(guan)段位置(zhi)和不同(tong)流速的(de)條件下(xia)，引用标(biao)準k-ε模型(xing)，模拟🙇🏻得(de)出了均(jun)速管流(liu)量計附(fu)近的速(su)度場和(he)壓力場(chang)。
　　圖5所示(shi)是入口(kou)流速爲(wei)15m/s的條件(jian)下，直管(guan)段内充(chong)分發展(zhan)的湍📧流(liu)(L0=0，無彎管(guan)附件，L;=20D，L2=5D)的(de)模拟結(jie)果。由速(su)度雲圖(tu)(圖5a)看出(chu)，在流量(liang)計迎流(liu)面上:沒(mei)有開孔(kong).的位置(zhi)，流速驟(zhou)☎️然下降(jiang)并接近(jin)幹零，在(zai)取壓孔(kong)❓處的速(su)度雖然(ran)有所下(xia)降，但并(bing)不爲零(ling)。根據充(chong)分發展(zhan)湍流的(de)速度分(fen)布✉️可知(zhi)，管中心(xin)處的速(su)度最大(da)，檢測杆(gan)上半部(bu)的三個(ge)取壓孔(kong)的速度(du)💜分别爲(wei)6.411m/s、2.536m/s、-5.653m/s,提示總(zong)🔞壓腔内(nei)的流體(ti)不是靜(jing)止的，流(liu)體從中(zhong)心附近(jin)的兩個(ge)取壓口(kou)流人，從(cong)近壁處(chu)的取壓(ya)刊.流出(chu)🏃‍♂️。檢測杆(gan)下半部(bu)的三個(ge)取壓孔(kong)❤️的流速(su)分😄别爲(wei)6.497m/s、2.416m/s、-5.624m/s，與上:半(ban)部分基(ji)本對稱(cheng)。壓力雲(yun)🔞圖(圖5b)則(ze)顯示了(le)檢測杆(gan)内部壓(ya)力的差(cha)異。壓腔(qiang)内的壓(ya)力是由(you)取壓孔(kong)💰引人的(de)壓力🚶平(ping)均之後(hou)得到的(de)結果，總(zong)壓腔是(shi)正高壓(ya)，爲184.233Pa，靜壓(ya)腔是負(fu)低壓，爲(wei)-55.394Pa。
 
　　圖6給出(chu)了直管(guan)段充分(fen)發展湍(tuan)流條件(jian)下，均速(su)管流🔞量(liang)計前0.25D處(chu)☁️的縱軸(zhou)截面上(shang).的速度(du)分布，可(ke)以看出(chu)在此情(qing)形下的(de)湍⭐流流(liu)✂️形是對(dui)稱的、均(jun)勻的。
 
　　對(dui)幹受彎(wan)管影響(xiang)的湍流(liu)(Lo=20D，有彎管(guan)附件，L1=4D~11D，L2=5D)的(de)情況，圖(tu)7給出🏃的(de)是入口(kou)速度爲(wei)15m/s時均速(su)管流量(liang)計處幹(gan)彎管後(hou)4D位置的(de)模拟結(jie)果的雲(yun)圖。從速(su)度雲圖(tu)(圖7c)看出(chu)速度分(fen)布明顯(xian)不對稱(cheng)。靠近管(guan)中心的(de)取壓孔(kong)附近的(de)流速分(fen)别爲4.005m/s、2.655m/s，3.53m/s、3.715m/s，而(er)靠近管(guan)壁的取(qu)壓孔附(fu)近的流(liu)速爲-1.123m/s、-1.339m/s;由(you)取壓孔(kong)引入的(de)壓力也(ye)出✔️現了(le)較大變(bian)化，總壓(ya)腔内壓(ya)強爲172.492Pa，靜(jing)壓腔爲(wei)--44.958Pa。雲圖也(ye)展示了(le)速度和(he)壓強㊙️的(de)等♻️值區(qu)域受彎(wan)管影響(xiang)而産生(sheng)的變化(hua)。
 
　　處幹彎(wan)管後的(de)均速管(guan)流量計(ji)前0.25D處縱(zong)軸截面(mian)上的速(su)🈲度🐕分布(bu)如圖8所(suo)示。縱坐(zuo)标爲縱(zong)軸截面(mian)徑向t點(dian)的位置(zhi)，橫坐标(biao)爲各點(dian)的速度(du)，曲線代(dai)表了均(jun)速管流(liu)量計處(chu)于彎管(guan)後不同(tong)位置時(shi)測量的(de)流體的(de)速度😄分(fen)布。可以(yi)很明顯(xian)看出在(zai)彎管下(xia)遊有很(hen)長一段(duan)範圍内(nei)，速度分(fen)布是中(zhong)間低，兩(liang)側高，中(zhong)間的速(su)度逐步(bu)🔞增大，到(dao)11D處仍然(ran)是外側(ce)的速度(du)大于内(nei)側的速(su)🈲度，之後(hou)再繼續(xu)🛀🏻發展。
 
　　表(biao)1列出的(de)是根據(ju)模拟的(de)差壓數(shu)據計算(suan)得到的(de)均速管(guan)流量計(ji)的流量(liang)系數K。可(ke)以看出(chu)，處幹彎(wan)管後的(de)均速管(guan)流量計(ji)測得的(de)流量系(xi)數與對(dui)稱分布(bu)的充分(fen)發展⚽湍(tuan)流下得(de)到的流(liu)量系數(shu)存在一(yi)-定的偏(pian)差，表明(ming)管内速(su)度分布(bu)㊙️的不均(jun)勻性對(dui)測量精(jing)度的影(ying)響，在實(shi)際應✏️用(yong)中應該(gai)加以修(xiu)正。
 
　　圖9是(shi)不同流(liu)速條件(jian)下，檢測(ce)杆位于(yu)彎管後(hou)4D~11D距離時(shi)‼️的流最(zui)系數的(de)模拟結(jie)果。可以(yi)發現，有(you)彎管影(ying)響時的(de)流量系(xi)數均高(gao)于充分(fen)發展湍(tuan)流情形(xing)下的值(zhi)，這❗是速(su)度分布(bu)的不對(dui)稱性導(dao)緻的結(jie)果。因此(ci)，在均速(su)🔴管流量(liang)計的應(ying)用上，當(dang)測量位(wei)置處于(yu)彎🔞管後(hou)一定的(de)距離内(nei)，應🎯對流(liu)量系數(shu)進行修(xiu)正，否則(ze)導緻測(ce)量結果(guo)的偏差(cha)。
 
2結語
　　本(ben)文對彎(wan)管後不(bu)同直管(guan)段位置(zhi)和不同(tong)流速下(xia)的均速(su)管流量(liang)計的流(liu)場進行(hang)了三維(wei)數值模(mo)拟，模拟(ni)得出了(le)不同情(qing)況下檢(jian)測♈杆内(nei)部的流(liu)動情況(kuang)和管内(nei)速度分(fen)布的不(bu)對稱性(xing)對均速(su)管流量(liang)計測量(liang)的影響(xiang)。得出了(le)以下結(jie)👉論:
1)均速(su)管流量(liang)計垂直(zhi)安裝幹(gan)彎管平(ping)面後,在(zai)彎管後(hou)🐉4D~11D這段距(ju)離内，檢(jian)測杆前(qian)縱軸截(jie)面上的(de)速度呈(cheng)現出“中(zhong)間低，兩(liang)邊高”的(de)規律。
2)彎(wan)管引起(qi)的管内(nei)速度分(fen)布的不(bu)對稱性(xing)對流量(liang)測👣量精(jing)度的影(ying)響大，建(jian)議對彎(wan)管後11D内(nei)安裝的(de)流量計(ji)進行流(liu)量👣系數(shu)修正。

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