摘要：測量大管徑(jìng)、大流量管道流量(liang)時常用的各類流(liú)量計 精度較低、價(jià)格昂貴、安裝複雜(za)。差壓式流量計應(yīng)用廣泛且造價低(di)，但精度較低，項目(mu)旨在研究差壓式(shi)💋流量計用于大管(guan)徑低流速的液體(ti)測量時會因差壓(yā)太小測量精度低(di)這🔴個缺點進行改(gǎi)造。提出利用彎道(dao)布置流量計，依據(jù)彎道管内水動力(li)學規律，研究彎道(dào)内總流量與旁通(tong)管内流量關🏃‍♀️系，通(tong)過實驗研究率定(dìng)設備參數。
1概述
　　近(jin)年來，我國大量水(shui)利科研工作者緻(zhi)力于各種流量計(ji)🛀的⁉️研發，并取得了(le)重大的進展，國産(chǎn)流量計不論是在(zài)性能上還是🙇‍♀️在技(ji)術上均已經處于(yú)國際領☁️先水平。但(dan)在測量150mm以上口徑(jìng)的管道流量上，目(mu)前的加工制造技(jì)術還比較落後，不(bú)能生産出滿意的(de)優♌質産品。目前國(guo)内外學者對大管(guan)徑、大流速的流量(liàng)計開展了廣泛的(de)研究，針對矩🤟形大(dà)口徑彎道流量計(ji)壓強分布問題，通(tong)過對大量數據進(jin)行處理，推導出針(zhēn)對不同位置、不🔴同(tóng)斷面的大口徑彎(wān)道流量計的流量(liang)系數公式；針對流(liú)量系數與彎管直(zhí)徑的變🤩化規律的(de)問題，利用RNGK-＆湍流📐模(mo)型，研究了彎📧管内(nèi)外壁🈲壓強沿程分(fen)💁布和彎徑比對😘彎(wan)道壓強的影響，進(jìn)而推求🈲出不同彎(wan)徑比、不同管徑情(qing)況下流量壓差之(zhī)間的關系📐；中國計(jì)量學院以50毫米管(guǎn)徑爲實驗前提，經(jing)過大量實驗🐪研發(fā)💰了一種新型的🌈差(cha)壓式流量計-雙錐(zhuī)流量計，并将Fluent仿真(zhēn)軟件與實流實驗(yan)相結合，研究雙錐(zhui)流量計流出系數(shù)在雙錐直徑比作(zuò)用下的流量規律(lǜ)。
2理論分析
　　通過分(fen)析 差壓式流量計(ji) 精度低的原因，研(yán)究分析流速與壓(ya)差的關系式，運用(yong)👨‍❤️‍👨彎道管内水動力(lì)學規律，設計一種(zhong)新型的彎道旁通(tong)流量計，以解決差(chà)壓式流量計用于(yú)大管徑低流速的(de)液體測🛀🏻量時會導(dao)緻差壓太小從而(er)變測量不出來或(huò)者測量精❄️度低這(zhe)個缺點。理論上，流(liu)體流經彎管，在彎(wān)曲部分的任意一(yī)個圓截面上産生(shēng)的👄動量矩是大緻(zhi)相同的。但由于💘彎(wān)道離心力的作用(yong)，流體在彎🔅道内外(wài)兩側之間将産生(sheng)一定的壓力差，促(cu)使流體在旁通管(guan)🈲内流動。當彎道内(nèi)總㊙️流量不同時，旁(páng)通管流量大小存(cun)在較大差異，旁通(tong)管内流量💁大小取(qu)決于彎道内總流(liu)量。
2.1彎道管内水流(liú)運動規律
　　爲避免(miǎn)複雜的彎道水流(liú)運動對實驗研究(jiū)産生的不利因素(sù)，現假設彎道内的(de)水流爲理想流體(tǐ)且爲🈚恒定流，各種(zhǒng)運動要素均不随(suí)時間改變，彎管内(nei)的水流随水流的(de)運動得以充分發(fā)展。因水流受到彎(wān)管内壁的🌍約束作(zuo)用，當彎管通水時(shi)，該作用迫使水流(liú)改變原趨勢運動(dòng)方向，随着此約束(shù)的不斷增強🤩，水流(liú)沿彎道作急變流(liú)曲線運動。根據以(yǐ)上分析：彎道管内(nèi)的水流運🔴動實際(ji)上是理想流體所(suo)作的曲線有勢運(yùn)動，且該運👅動以彎(wān)道曲率爲中⛷️心。進(jin)一步分析分布于(yú)該彎管中任意過(guo)♈水斷面的水流如(ru)下：在彎道中任取(qǔ)n-n過水斷面，并于水(shuǐ)平線成🆚夾角α，在所(suǒ)截取的過水斷面(mian)上取一微分柱體(ti)，設彎管同一過水(shui)斷面内、外兩點的(de)流速與壓強分别(bié)爲v1、v2和p1、p2，彎管的内半(bàn)徑爲🚶r0，彎道中任意(yi)點的流速㊙️爲u0，管道(dao)截面内任意一點(dian)距圓形管道♈中心(xin)的距離爲r，該微分(fèn)柱體兩👨‍❤️‍👨端形心點(diǎn)離基準面高度分(fen)别爲z1和z2，作用在微(wei)分柱體上的力在(zai)n方向上的投㊙️影分(fen)别爲該柱體兩端(duān)面上的動水壓🛀力(li)與，其自重沿n方向(xiàng)的投影，其所受的(de)離心慣性力爲，在(zai)理想流體的勢流(liú)流動中，由于n方向(xiàng)與流線正交，此方(fang)向上各力代數和(he)爲👈零，有：

　　由以上推(tui)導有：曲率中心越(yue)近，流速越大，壓強(qiang)越小，旁通管内流(liú)量較小；反之，則流(liú)速越小，壓強越大(dà)，旁通管内流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量較(jiào)大。
2.2研究方法
　　從研(yán)究彎道管内水流(liú)運動規律出發，根(gēn)據現有的研究🍓技(jì)♈術嘗試性的研究(jiu)彎道角度、管道直(zhi)徑、流速對彎管内(nei)總流量與旁通管(guǎn)内流量關系的影(yǐng)響，研發出該裝置(zhì)，進✌️行實驗驗證與(yu)分析，利用能量方(fāng)程、動量方程，最終(zhong)結合實驗數據得(dé)出彎道内總流量(liang)🤞與旁通管内流量(liàng)關系，從而提高對(dui)大管徑低流速的(de)液體進行流💃量測(ce)定時的精度。假設(shè)彎管内的流體爲(wei)不可壓縮的🔞實際(ji)流🈲體，其可連續穩(wěn)定的流經彎管，彎(wān)管内流動的流體(ti)滿足連續性方👌程(chéng)、能量方程和動量(liàng)方程等。綜上🍓可見(jiàn)，對于既定的彎管(guan)，通過測定流體流(liú)經彎管時産生的(de)壓力差和流體相(xiàng)關👄參數，利用電磁(ci)流量計測出🈲旁通(tōng)管流量，繼而推求(qiu)⭐出主管道内總流(liu)量。
3流量關系公式(shì)的實驗驗證
　　彎道(dào)内總流量-旁通管(guǎn)内流量實驗裝置(zhi)的設計：
　　爲了對推(tui)導流量關系基本(ben)公式進行實驗驗(yan)證、并對基本公式(shì)中流量參數的變(biàn)化規律進行研究(jiu)，采用實💛驗裝置進(jìn)行了實驗測量。測(cè)量儀器準備就緒(xù)後，開啓水泵向管(guan)路中🚶充水。按不同(tong)開度打開控制閥(fa)門，待管道中水流(liu)穩定後，使經濟流(liú)速分别控制在，同(tong)時分别讀取電磁(cí)流量計和電子渦(wō)輪流量計的讀數(shù)。當閥門達到最大(dà)開度後，再逐漸關(guan)閉控制😄閥門，按同(tong)樣方法🧑🏾‍🤝‍🧑🏼讀取和記(ji)錄測量數據。取同(tóng)一開度🤞兩次數據(ju)平均值🙇‍♀️作爲該開(kai)度下的📐測🔆量數據(jù)。
4測試結果分析
　　經(jīng)過多次模拟及模(mo)型試驗，通過改變(bian)彎管上測壓孔的(de)位置與彎道管徑(jìng)，即改變壓力作用(yong)點，改變彎管總流(liu)量發現：
　　當流體進(jìn)入彎管後，因爲彎(wān)道外壁對流體産(chan)生一✨定的導流作(zuo)用，流體在作圓周(zhou)運動時所産生的(de)離心力❤️作用于彎(wān)管的内外⁉️兩側,使(shǐ)彎道内外兩側産(chan)⛱️生一個壓力差，這(zhè)個壓力差促使流(liú)體在旁通管内流(liu)動， 電磁流量計 測(ce)量流經旁通管内(nèi)的流量，測壓孔取(qu)在彎管45°截面時旁(páng)通管内流量達到(dao)最大，最穩定；測壓(ya)孔取在彎管22.5°截面(mian)時旁通‼️管内流量(liàng)測量值誤差較大(dà)，但具有🙇‍♀️較好的重(zhong)現性；測壓孔取在(zài)彎管67.5°截面時旁通(tong)管内🌐流量測量誤(wu)差值呈發散現象(xiang)。
5結論與展望
5.1結論(lun)
　　本設計采用模拟(ni)與模型試驗相結(jié)合的方法綜合分(fen)析研究了管道彎(wān)道旁通流量計的(de)特性并得出以下(xia)主要結論♉：
（1）由于彎(wan)道離心力的作用(yong)，流體在彎道内外(wai)兩側之🌐間将産生(sheng)一定的壓力差，促(cu)使流體在旁通管(guǎn)内流動。
（2）當彎管内(nei)總流量不同時，旁(pang)通管流量大小存(cun)在較大差異，此流(liú)量的大小與彎管(guǎn)内總流量有關。
（3）通(tōng)過觀測旁通所聯(lian)通的電磁流量計(jì)讀數，确定小彎管(guǎn)内的流量，根據模(mó)拟出的大小彎管(guan)之間的流量大💋小(xiǎo)關系，從而推知管(guǎn)道内總流量，且測(cè)壓孔取在彎管🤟45°截(jié)面時♋，所推求的管(guǎn)道内總流量與實(shí)際流量誤差最小(xiǎo)。本課題創造性的(de)提出利用㊙️彎道布(bù)置流量計，依據彎(wān)道管内水動力學(xué)規律，研究彎道内(nèi)總流量與旁通管(guan)内流量關系，通過(guò)實驗研究率定設(shè)備參數，應用前景(jing)廣闊。
5.2展望
　　需要指(zhi)出的是，管道彎道(dào)旁通流量計是一(yī)種新型的結構型(xing)㊙️式🛀🏻，目前在此方面(miàn)的國内外的理論(lun)研究和實🛀🏻踐較少(shǎo)，因此，要使這種新(xīn)型結構盡快得到(dào)廣泛使用，還需要(yao)✏️進一步深入探讨(tao)。本設計模拟與模(mó)🌈型試驗對管道彎(wān)道💯旁通流量計的(de)特性進行了研🐅究(jiu)，但仍有不足之處(chù)，在以後的研究中(zhōng)可以從以下幾方(fang)面考慮：
（1）本設計中(zhōng)以恒定理想液體(tǐ)爲基礎進行的試(shì)驗，但在實際工程(cheng)🛀中，流體通常爲非(fēi)恒定流，因此，以後(hòu)的🎯研究應在🙇‍♀️非恒(héng)🌈定流作用下進行(hang)。
（2）本設計中采用的(de)彎道管徑爲200mm和300mm，在(zai)以後的研究應采(cai)用管徑更大的彎(wān)管進行試驗，以調(diào)整參數的變🔱化的(de)🥰範圍，使經🏃‍♂️驗公式(shì)具有普遍适用性(xing)。

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