摘(zhāi)要:利用(yong)常壓氣(qì)體作爲(wei)流動介(jie)質，以流(liú)出系數(shu)平均相(xiang)對誤差(cha)、線性度(du)和不确(què)定度爲(wèi)評價指(zhǐ)标，通過(guo)🔞實流實(shí)驗。研究(jiū)上遊組(zu)合管件(jiàn)對V 錐流(liú)量計 測(ce)量性能(néng)的影響(xiang)。在上遊(you)相同阻(zu)流件條(tiáo)件下建(jian)模👈仿真(zhen),對V錐流(liu)📱量計和(he)孔闆流(liú)量計的(de)結構進(jin)行對比(bi)。
0引言
　　V錐(zhuī)流量計(jì)尚未實(shi)現國際(ji)國内甚(shèn)至行業(ye)範圍内(nei)的标準(zhun)化🔞，目🐉前(qian)僅獲得(dé)加拿大(dà)工業部(bu)的天然(rán)氣密閉(bì)管輸交(jiao)接準入(rù)認可❓、美(mei)國機械(xiè)工程師(shī)協會的(de)制造認(ren)可等😘。自(zi)2003年以來(lai),國内也(yě)在積極(ji)開展對(dui)V錐流量(liang)計的推(tui)廣和😘使(shi)用工作(zuo)，然而生(shēng)産廠家(jia)對量程(chéng)比、壓力(lì)⭕損失、精(jing)度等😘關(guan)鍵技術(shù)指标乃(nǎi)至安裝(zhuang)條件都(dōu)直接采(cai)取美國(guo)MeCrometer公司産(chan)品說明(míng)書的方(fāng)式。國内(nei)關于V錐(zhui)流量計(jì)安裝使(shi)用條♌件(jiàn)的實驗(yan)研究鮮(xian)見報道(dao)。
　　對DN100球閥(fá)+ DN100單彎頭(tóu), DN150球閥+ DN150變(biàn)DN100漸縮管(guǎn),DN150球閥+ 90°單(dan)彎頭+ DN150變(bian)D100漸縮管(guan), DN150球🈲閥+90°單(dān)彎頭+DN150變(biàn)DN100漸縮管(guan)+ 90°單彎頭(tou)這四種(zhong)阻流件(jian)組合形(xing)式,通過(guo)改變前(qian)直管段(duan)長度對(dui)V錐流量(liang)計的測(cè)量精度(dù)進行實(shi)❓流實驗(yàn)，從而得(de)出在上(shàng)述四種(zhong)阻流件(jian)組合的(de)㊙️工況,V錐(zhui)流量計(ji)的測量(liàng)性能變(biàn)化趨勢(shì)。　還👅通過(guo)模拟仿(pang)真對V錐(zhui)流量計(ji)和 孔闆(pan)流量計(ji) 的結構(gou)進行對(duì)比。
1安裝(zhuang)條件對(dui)V錐流量(liàng)計測量(liang)精度影(ying)響的實(shi)驗研究(jiu)😘
1.1 V錐流量(liàng)計的基(jī)準實驗(yan)
　　用于V錐(zhuī)流量計(jì)直管段(duan)長50D,後直(zhi)管段長(zhǎng)3D,管道内(nèi)流體流(liú)動爲充(chōng)分發展(zhǎn)的淌流(liú)狀态06團(tuán)團團[51。前(qian)期大量(liang)文獻表(biǎo)明，前直(zhí)管📧段長(zhǎng)度達到(dao)50D時,可以(yi)認爲流(liú)場已經(jīng)充分發(fa)展:同時(shi)，後直管(guǎn)段達到(dao)3D,不會影(yǐng)響V錐量(liang)計的流(liú)出系數(shù)。故上遊(you)阻流件(jian)實驗🌍結(jie)果均按(an)照前直(zhí)管段50D,後(hòu)直管段(duàn)3D爲基準(zhǔn)進行💋比(bi)較，從而(er)得到流(liú)出系數(shù)♌和流出(chū)系數相(xiàng)對誤差(cha)的變化(huà)🔞情況。
1.2.上(shàng)遊阻流(liu)件對V錐(zhui)流量計(ji)測量精(jīng)度影響(xiang)的實驗(yan)研究👌.
1.2.1. 上(shang)遊阻流(liú)件類型(xing)一 DN100球閥(fá)+ DN100單彎頭(tou)的實驗(yàn)研究
　　阻(zǔ)流件類(lèi)型爲DN100球(qiu)閥+ DN100單彎(wān)頭的雷(lei)諾數流(liú)出系數(shù)曲線圖(tu)如圖1所(suo)示，從圖(tu)中可以(yǐ)看出,在(zài)雷諾數(shu)大于80 000時(shí)随着前(qian)直管段(duan)長度😍的(de)縮短，流(liú)出系數(shu)呈遞增(zeng)趨勢:當(dāng)雷諾數(shù)小于80 000時(shi)，流出👌系(xi)數随前(qian)直管段(duan)長度變(bian)化無明(míng)顯增👣減(jian)趨勢,無(wu)法進行(háng)有規律(lü)的判斷(duan)。同時和(hé)基準實(shi)驗數據(jù)相差比(bǐ)較大,當(dang)雷諾數(shu)在250 000那點(dian)時,基準(zhun)實驗的(de)數據和(he)其他的(de)很接近(jìn)。

　　從表1可(kě)以看出(chu)，當直管(guǎn)段長度(dù)小于3D時(shí)，随着直(zhí)管段長(zhang)度的縮(suo)短，平均(jun)相對誤(wù)差呈遞(dì)增趨勢(shì):當直管(guǎn)段長度(du)大于3D時(shí)，平均相(xiàng)對誤差(cha)變化不(bú)大。此變(biàn)化趨勢(shì)也可見(jian)圖2所示(shi)。

1.2.2上遊阻(zǔ)流件類(lèi)型- -DN150 球閥(fá)+ DN150變DN100漸縮(suō)管的實(shi)驗研究(jiū)
　　阻流件(jiàn)類型爲(wei)DN150 球閥+ DN150變(bian)DN100漸縮管(guǎn)的雷諾(nuo)數流出(chū)系數曲(qǔ)線圖如(ru)圖3所示(shi)，從圖中(zhong)可以看(kan)出,随着(zhe)前直管(guǎn)段長度(dù)👌的改🧑🏽‍🤝‍🧑🏻變(bian),流出系(xi)數基本(ben)不變，但(dàn)略小于(yú)基準實(shí)🐇驗流出(chū)系數。

　　從(cóng)表2和圖(tu)4可以看(kàn)出,在該(gāi)工況下(xia)，雖然存(cún)在流.出(chū)系數🐆相(xiàng)對🌏誤🏃‍♀️差(cha),但前直(zhí)管段長(zhang)度對流(liu)出系數(shu)的影響(xiang)💋基本可(ke)以忽略(lue)，且相對(duì)誤差也(yě)不是很(hen)大。

1.2.3. 上遊(yóu)阻流件(jiàn)類型- -DN150球(qiu)閥+90*單彎(wan)頭+DNI50變D100漸(jian)縮管的(de)實驗研(yán)究
　　阻流(liú)件類型(xíng)爲DN150球閥(fa)+90°單彎頭(tóu)+ DN150變DN100漸縮(suo)管的雷(léi)諾數流(liú)☁️出系數(shu)曲🏃線圖(tu)如圖5所(suo)示，從圖(tu)中可以(yi)看出,随(sui)着前直(zhí)管👅段長(zhang)度的縮(suō)短，流出(chū)☂️系數呈(cheng)遞減趨(qū)勢。

　　從表(biao)3和圖6可(kě)以看出(chū)，随着前(qián)直管段(duan)長度的(de)增長，流(liú)🔞出系數(shù)❌相對誤(wu)差呈減(jiǎn)小趨勢(shi)。


1.2.4. 上遊阻(zǔ)流件類(lei)型一-DN150球(qiu)閥+90°單彎(wan)頭+DN150變DN100漸(jian)縮管+90°單(dan)彎頭的(de)實驗研(yán)究💔
阻流(liú)件類型(xing)爲DN150球閥(fá)+ 90°單彎頭(tou)+ DN150變DN100漸縮(suō)管+90°單彎(wān)頭的雷(léi)諾💰數流(liu)♍出系數(shù)曲線圖(tú)如圖7所(suo)示，流出(chu)系數均(jun)略大于(yú)基準實(shi)✨驗流出(chū)系🥵數，且(qiě)改變前(qian)直管段(duan)長度對(dui)流🌈出系(xi)數的影(yǐng)響很小(xiao)。

從表4和(hé)圖8可以(yi)看出，平(píng)均相對(duì)誤差與(yu)前直管(guǎn)段長度(dù)無🌐明顯(xian)關系，且(qiě)偏差均(jun1)不大。

2V錐(zhui)流量計(jì)和孔闆(pǎn)流量計(ji)結構的(de)模拟仿(pang)真對比(bi)
　　V錐流量(liang)計作爲(wei)一-種新(xīn)型的差(cha)壓式流(liu)量計,其(qí)工作原(yuan)理和孔(kǒng)闆流量(liàng)計相同(tóng)。介質通(tōng)過V錐時(shí),由于阻(zu)流🌍件V錐(zhuī)的存在(zài)，使得流(liú)體的流(liu)過面積(jī)發生變(bian)化，從而(er)👨‍❤️‍👨流速發(fa)生變化(huà)。根據伯(bó)努利方(fang)程，流速(sù)的變化(hua)引起.壓(yā)力的變(bian)化，該壓(ya)力的變(bian)化與介(jiè)質的流(liu)速之間(jian)存在一(yī)

　　變DN100漸縮(suo)管+90°單彎(wān)頭的流(liú)出系數(shù)相對誤(wù)差曲線(xiàn)定的關(guan)系。因此(cǐ)，可通過(guò)測量錐(zhuī)體前後(hou)的差壓(yā)達到測(cè)量流體(ti)流量的(de)目的。雖(sui)🔱然與孔(kǒng)闆原理(lǐ)一樣，但(dàn)是最本(běn)質的區(qu)别在于(yú)孔闆爲(wei)中心收(shōu)縮型節(jiē)流裝置(zhi),而V錐爲(wèi)邊壁收(shou)縮型節(jie)流裝置(zhì)。
　　測量範(fan)圍窄是(shì)制約孔(kǒng)闆流量(liàng)計使用(yòng)的主要(yao)原因。--方(fāng)面由于(yu)孔闆的(de)流出系(xi)數随雷(lei)諾數的(de)變化而(ér)變化較(jiao)大,另一(yī)方面孔(kǒng)闆的☂️突(tu)然節流(liú)導緻孔(kong)闆後産(chǎn)㊙️生較大(da)的漩渦(wō)，該漩渦(wo)的存在(zài)直接導(dǎo)緻測量(liàng)的差壓(yā)信号噪(zào)聲較大(da);而V錐流(liú)量計克(ke)服了以(yi)上的缺(quē)點。如圖(tú)9所示,V錐(zhuī)流量計(jì)是由與(yu)管道同(tong)軸👌的内(nei)部節流(liu)件V錐和(he)取壓裝(zhuāng)置組成(chéng)，流體經(jing)過時并(bìng)不像孔(kǒng)闆那樣(yàng)突然改(gǎi)變流體(ti)的流動(dong)狀态，而(ér)是介質(zhi)随着錐(zhuī)體的方(fang)向向邊(bian)壁收縮(suo)，該錐體(tǐ)起到調(diao)整介質(zhì)流動狀(zhuàng)态的作(zuò)用,重塑(sù)了流束(shù)曲線，使(shi)流體的(de)流動更(gèng)加穩定(dìng)。實踐證(zheng)明，相比(bǐ)于孔闆(pan)流量計(ji),V錐流量(liàng)計的流(liu)出系數(shu)随雷諾(nuo)數的變(bian)化基本(ben)🐕不變，且(qie)需要較(jiao)短的前(qián)💃直管段(duan)。

　　實流實(shí)驗的結(jie)果表明(ming)，即使上(shàng)遊存在(zài)各種不(bu)同類⛷️型(xíng)😍的阻流(liu)件時,對(dui)于V錐流(liu)量計來(lai)說隻需(xū)3D的前直(zhi)管段即(jí)可保證(zheng)計量精(jing)度在+0. 5%的(de)範圍之(zhi)内,而對(dui)于孔闆(pǎn)📧來說則(ze)需要10D甚(shèn)至30D的前(qian)✉️直管段(duàn)🈲才能達(da)到同V錐(zhuī)的同等(děng)精度。爲(wei)了更好(hao)的從本(běn)質上🛀🏻來(lai)分析兩(liang)種差壓(yā)式流量(liàng)計的差(chà)🔞異，采用(yong)CFD軟件Fluent分(fèn)别對兩(liang)種💃🏻流量(liang)計在上(shang)遊存在(zai)相同阻(zǔ)流件即(jí)球閥+90°彎(wān)頭)時的(de)情況進(jin)行建模(mo)仿真。仿(páng)真的錐(zhuī)體和孔(kong)闆部分(fèn)的壓力(lì)雲圖以(yǐ)及速度(dù)矢量圖(tú)如圖10至(zhì)圖13所示(shi)。

　　對比圖(tu)10與圖12不(bú)難發現(xiàn)，V錐的下(xià)遊取壓(yā)在錐體(tǐ)尾部，避(bi)開了🔱漩(xuan)渦較大(dà)的區域(yù),處在一(yī)個速度(du)較爲平(ping)穩的區(qu)域。而孔(kǒng)闆的下(xia)✔️遊取壓(yā)剛好處(chu)在漩渦(wō)區域，漩(xuan)渦的存(cún)在導緻(zhì)了孔闆(pan)下遊的(de)壓力信(xin)号的采(cǎi)集存在(zai)較大的(de)幹擾。因(yin)此，采用(yong)同樣的(de)差壓變(bian)🛀送器對(duì)兩種流(liú)量計進(jìn)行測量(liang)時,V錐流(liu)量計的(de)差壓信(xin)号的信(xin)噪比要(yào)明顯高(gāo)于孔闆(pǎn)。
　　如此，在(zai)流體流(liu)過V錐時(shí)，流體介(jiè)質的方(fāng)向會随(sui)着錐體(ti)的邊壁(bi)慢慢向(xiàng)管壁收(shou)縮，如圖(tú)11所示，流(liú)過錐體(tǐ)之後形(xíng)成漩渦(wō)，無論錐(zhui)體前端(duān)的流體(tǐ)的流動(dong)是否得(de)到充分(fèn)發展，在(zài)錐體尾(wei)部還是(shi)會存在(zai)一個速(sù)度相⛹🏻‍♀️對(duì)平穩的(de)區域。而(er)對于孔(kong)闆而言(yán)，它的這(zhè)種結構(gou)使得流(liú)束在管(guan)道中心(xīn)突然收(shōu)縮，在下(xia)遊取壓(yā)處産生(sheng)🙇🏻較大的(de)漩渦，前(qian)端流體(tǐ)是否充(chōng)分發展(zhan)将會對(duì)❌漩渦的(de)特性産(chan)生不确(que)定性的(de)影響，這(zhè)就直接(jie)影響着(zhe)差壓信(xìn)号的測(cè)量。因此(ci),在;孔闆(pǎn)和V錐流(liu)量計♉的(de)上遊均(jun)存在相(xiang)同阻流(liu)件時，流(liu)體的未(wèi)充分發(fa)展對V錐(zhui)流量計(jì)的測量(liang)産生的(de)影響較(jiao)小，而對(dui)于孔闆(pan)産生的(de)影💜響較(jiào)大，即在(zài)保證同(tong)樣精度(dù)下，V錐所(suǒ)需要的(de)前直管(guǎn)段相比(bǐ)于孔闆(pǎn)要短。
3總(zong)結
　　對DN100球(qiu)閥+DN100單彎(wān)頭,DN150球閥(fá)+DN150變DN100漸縮(suo)管,DN150球閥(fá)+90°單彎頭(tóu)+DN150變D100 漸縮(suo)管,DN150球閥(fá)+ 90°單🤟彎頭(tou)+DN150變DN100漸縮(suo)管+90°單彎(wan)頭這四(sì)種阻流(liú)件組合(he)形式，通(tong)過改變(biàn)前直管(guan)段長度(dù)對V錐流(liu)量計的(de)測量精(jīng)度進行(háng)實流實(shi)驗,發現(xian)當後直(zhí)管❓段長(zhang)度不變(biàn)時,随着(zhe)前直管(guan)段長度(du)變短，流(liu)出系數(shù)相♉對誤(wu)差随❄️之(zhī)變大。爲(wèi)V錐流量(liang)計在以(yǐ)上四種(zhong)阻流🌈件(jiàn)組合條(tiao)件下，前(qian)直管段(duan)長💋度變(bian)化跟流(liu)出系數(shù)的變化(huà)趨勢圖(tu)和雷諾(nuò)數跟流(liú)出系數(shu)的關系(xì)變化提(ti)供了參(can)考。通過(guò)對V錐流(liu)量計和(he)孔🎯闆流(liu)量計結(jié)構的模(mo)拟仿真(zhēn)對比，得(de)到當🔱孔(kǒng)闆和V錐(zhuī)流量計(jì)的上遊(yóu)均存在(zai)相同阻(zu)👄流件時(shí),流體的(de)未充分(fèn)發展對(dui)V錐流量(liàng)計的測(cè)量産生(shēng)的影響(xiang)較小而(er)對于孔(kǒng)闆産生(sheng)的影響(xiang)較大，即(ji)在保證(zheng)同樣精(jing)度下,V錐(zhuī)所需要(yao)的前直(zhi)管段相(xiàng)比于孔(kong)闆要短(duǎn)。

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