摘(zhai)要：測量大管(guǎn)徑、大流量管(guǎn)道流量時常(cháng)用的各類流(liú)量計 精度較(jiào)低、價格昂貴(guì)、安裝複雜。差(chà)壓式流量計(jì)應用廣泛且(qie)造價低，但精(jīng)度較低，項目(mu)旨在研究差(cha)壓式㊙️流量🏃🏻‍♂️計(ji)用于大管徑(jìng)🔞低流速的液(yè)體測量時會(hui)因差壓太小(xiǎo)測量精度低(di)這個缺點💃進(jìn)行改造。提出(chu)利用彎道布(bu)置👣流量計，依(yī)據彎道管内(nèi)水動力☁️學規(guī)律，研究彎道(dao)内總💁流量與(yu)旁通🈲管内流(liu)量關💚系，通過(guo)實驗👣研究率(lǜ)定設備參數(shù)。
1概述
　　近年來(lái)，我國大量水(shui)利科研工作(zuo)者緻力于各(ge)種流量計的(de)研發，并取得(de)了重大的進(jìn)展，國産流量(liang)計不論是在(zai)性能上還是(shì)🌈在技術上均(jun1)已經處于國(guó)際領先水平(píng)。但在測量150mm以(yi)上口徑的管(guan)道流量上，目(mu)前的加工制(zhi)造🏃🏻‍♂️技術還比(bi)較落後，不能(néng)生産出滿意(yì)的優質産品(pin)。目前國内外(wài)學者對大管(guǎn)徑、大😄流速的(de)流量計開展(zhan)了廣☂️泛的研(yan)究，針對矩形(xing)大口徑彎道(dào)流量計壓強(qiáng)分🧡布問題，通(tōng)過對大量數(shu)據進行處理(li)，推導出❓針對(duì)不同位置、不(bu)🍓同斷面的大(da)口徑彎㊙️道流(liú)量計的流量(liang)系🔱數公式；針(zhēn)對⁉️流量系數(shu)與彎管直徑(jing)的變🔴化規律(lü)的問題，利用(yòng)RNGK-＆湍流🈲模型，研(yan)究了彎管内(nèi)外壁壓強沿(yán)程分布和彎(wan)徑比對彎道(dào)壓強的影響(xiǎng)，進而推求出(chu)不同彎徑比(bǐ)、不同管徑情(qing)🤞況下流量壓(yā)差之間的關(guān)系；中國計量(liang)學院以50毫米(mǐ)管徑爲實驗(yan)前提❤️，經過大(dà)量實驗研發(fa)了一種新型(xing)的差壓式流(liu)量計-雙錐流(liú)量計，并将Fluent仿(páng)真軟件與實(shi)流實驗相結(jié)合，研💛究雙錐(zhuī)流量計流出(chu)系數💜在雙錐(zhuī)直徑比作用(yòng)下的流量規(gui)律。
2理論分析(xī)
　　通過分析 差(chà)壓式流量計(ji) 精度低的原(yuán)因，研究分析(xī)流速與壓差(cha)的關系式，運(yùn)用彎道管内(nei)水動力學規(gui)律，設計一種(zhong)新型的彎道(dao)旁通流量💔計(ji)，以解決差壓(yā)式流量計用(yòng)于大管徑低(dī)流速的液體(ti)測⛱️量時會導(dǎo)緻差壓太小(xiǎo)從而變測量(liang)不出來或者(zhě)測量精度低(di)這個缺點。理(lǐ)論上，流體流(liu)經彎管，在彎(wan)曲部分的任(ren)👌意一個圓截(jié)🔴面上産生的(de)💋動量矩是大(da)緻相同的。但(dan)由于🆚彎道離(lí)心力的☎️作用(yòng)🌈，流體在彎😄道(dào)内外兩側之(zhi)間将産生一(yī)定的壓力差(cha)，促使流體在(zài)旁通管♌内流(liu)動。當彎道内(nèi)🔞總流量不同(tong)時，旁通管流(liu)量大小存在(zài)較大差異，旁(páng)通管内流量(liang)大小取決于(yú)彎道内總流(liu)量。
2.1彎道管内(nei)水流運動規(gui)律
　　爲避免複(fu)雜的彎道水(shui)流運動對實(shi)驗研究産生(sheng)的不利因素(sù)，現假設彎道(dào)内的水流爲(wei)理想流體且(qiě)爲恒定流，各(gè)😘種運動要素(sù)均不随時間(jiān)改變，彎管内(nèi)的水流随⭕水(shuǐ)流的運動得(dé)以充分發展(zhǎn)。因水流受到(dao)彎管内壁的(de)約束作用，當(dang)彎管通水時(shí)，該作用迫使(shǐ)水流改變原(yuan)趨勢運動方(fāng)向，随着此約(yue)束的不斷增(zeng)強，水流沿彎(wān)道作⁉️急變流(liu)曲線運♌動。根(gen)據以上分♊析(xi)：彎道管内的(de)水流運動實(shi)際上是理想(xiǎng)流體所作的(de)曲線有勢運(yun)動，且該運動(dong)以彎道曲率(lü)爲中😘心。進一(yi)步分析分布(bu)于該彎管中(zhōng)任意過水斷(duan)面的水流如(ru)下：在彎道中(zhōng)任取n-n過🈚水斷(duan)面🏒，并于水平(ping)線成夾角α，在(zài)所截取的過(guo)水斷面上取(qǔ)一微分柱體(tǐ)，設彎管同一(yi)過🐇水斷面内(nei)、外兩點的流(liu)速與壓強分(fen)别爲v1、v2和p1、p2，彎管(guan)的内半徑爲(wèi)💋r0，彎道中任意(yi)點的流速爲(wèi)u0，管道截面内(nèi)任意一點距(ju)圓形管道🏃🏻中(zhong)心的距離爲(wèi)⛷️r，該微分柱體(tǐ)兩端形心點(dian)離基準面高(gāo)度分别爲z1和(hé)z2，作⚽用在微分(fen)柱🈲體上👈的力(lì)在n方向上的(de)投影分别爲(wei)該柱體兩端(duān)面🐕上的動水(shuǐ)壓😍力與，其自(zì)重💁沿n方向的(de)投影，其所受(shòu)的離心慣性(xìng)力爲，在理想(xiǎng)流體的勢流(liu)流動中，由于(yu)n方向與流線(xian)👉正交，此方向(xiang)上各力代數(shù)和爲零，有：

　　由(you)以上推導有(yǒu)：曲率中心越(yue)近，流速越大(dà)，壓強越小，旁(páng)通管🥰内流量(liang)較小；反之，則(zé)流速越小，壓(yā)強越大，旁通(tōng)管♻️内流量較(jiào)大。
2.2研究方法(fǎ)
　　從研究彎道(dào)管内水流運(yun)動規律出發(fa)，根據現有的(de)研究♌技術嘗(cháng)試性的研究(jiū)彎道角度、管(guǎn)道直徑、流速(su)對彎管内總(zǒng)流♉量與旁通(tong)管内流量關(guan)系的影響，研(yán)發出該裝置(zhì)，進行實驗驗(yan)證與分析，利(li)用能量方程(chéng)、動量方程，最(zui)終結合實驗(yàn)數據得出彎(wān)道内總流量(liàng)與旁通管内(nèi)流量關系，從(cóng)而提高對大(da)管徑低流速(su)的液體進行(hang)流量測定時(shi)的精度。假設(shè)彎管内的流(liu)💰體爲不可壓(ya)縮的實際流(liú)🔞體，其可連☔續(xu)穩定的流經(jīng)彎管，彎管内(nei)流動的流體(ti)滿足連續性(xing)方程、能量方(fang)🍓程和動量方(fāng)程等。綜上可(ke)見，對于既定(ding)的彎管，通過(guò)測定流體流(liu)經彎管時産(chǎn)🏒生的壓力差(chà)和流體相關(guān)參數，利用電(dian)🧡磁流量計測(cè)出旁通管流(liu)量，繼而推求(qiu)✍️出主管道内(nei)總流量。
3流量(liàng)關系公式的(de)實驗驗證
　　彎(wān)道内總流量(liang)-旁通管内流(liú)量實驗裝置(zhì)的設計：
　　爲了(le)對推導流量(liang)關系基本公(gōng)式進行實驗(yàn)驗證、并對基(ji)本⛹🏻‍♀️公式中流(liú)量參數的變(bian)化規律進行(hang)研究，采用實(shi)驗裝置進行(háng)了實驗測量(liàng)。測量儀器準(zhǔn)備就緒🙇‍♀️後，開(kai)啓🏃🏻‍♂️水泵向管(guan)路中充水。按(àn)不同開度打(da)開控制閥門(men)，待管道中水(shuǐ)流穩定後，使(shi)經濟流速☂️分(fen)别控制在，同(tong)時分别讀取(qu)電磁流量計(ji)和電子渦輪(lun)流量計的讀(du)數。當閥門達(da)到最大開度(du)後，再逐漸關(guān)閉控制閥門(mén)，按同🏃🏻‍♂️樣方法(fa)讀取和記錄(lu)測量數據。取(qǔ)同一開😘度兩(liǎng)次數據平均(jun1)值作爲該開(kai)度下的測量(liàng)數據。
4測試結(jie)果分析
　　經過(guo)多次模拟及(ji)模型試驗，通(tong)過改變彎管(guan)上測壓♻️孔✔️的(de)位置與彎道(dào)管徑，即改變(bian)壓力作用點(diǎn)，改變彎管總(zǒng)流量發現：
　　當(dang)流體進入彎(wān)管後，因爲彎(wān)道外壁對流(liú)體産生一定(ding)的導流作用(yòng)，流體在作圓(yuan)周運動時所(suǒ)産生的離心(xīn)力作用于彎(wān)🔴管的🐕内外兩(liang)側,使彎道内(nèi)外兩側産生(sheng)一個🌈壓力差(cha)，這個壓力差(chà)促㊙️使流體在(zai)旁通管内流(liú)動， 電磁流量(liang)計 測量流經(jing)旁通管内的(de)流量，測壓孔(kong)取在彎管45°截(jie)面時旁通管(guǎn)内流量達到(dào)最大，最穩定(dìng)；測壓孔取在(zai)彎管22.5°截面時(shi)旁通管内✔️流(liu)量🤟測量值誤(wu)差較大，但具(jù)有較好的重(zhong)現性；測壓孔(kong)取在彎管67.5°截(jié)面📐時旁通管(guan)内流量測量(liang)誤差值呈發(fā)散現象。
5結論(lun)與展望
5.1結論(lùn)
　　本設計采用(yòng)模拟與模型(xíng)試驗相結合(he)的方法綜合(hé)分析💰研究了(le)管道彎道旁(pang)通流量計的(de)特性并得出(chu)以下主要結(jie)論：
（1）由于彎道(dao)離心力的作(zuo)用，流體在彎(wan)道内外兩側(cè)之間将産生(sheng)一定的壓力(lì)差，促使流體(ti)在旁通管内(nei)流動。
（2）當彎管(guan)内總流量不(bú)同時，旁通管(guǎn)流量大小存(cun)在較大👣差異(yi)，此流💁量的大(dà)小與彎管内(nei)總流量有關(guan)。
（3）通過觀測旁(pang)通所聯通的(de)電磁流量計(jì)讀數，确定小(xiao)彎管内🔞的流(liú)量，根據模拟(ni)出的大小彎(wan)管之間的流(liu)量大小關🈲系(xi)，從🌏而推知管(guan)道内總流量(liang)，且測壓孔取(qu)♻️在彎管45°截面(mian)時，所推求的(de)管道内總流(liu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量與實際流(liú)量誤差最小(xiao)。本課題創造(zào)性的提出利(li)用彎道布置(zhì)流量計，依據(jù)✏️彎道管内水(shuǐ)動力學規律(lü)，研究彎道内(nèi)總流量與旁(páng)通♉管内流量(liàng)關系，通過實(shí)驗研究率定(dìng)⛱️設備參數🔴，應(ying)用前景廣闊(kuo)。
5.2展望
　　需要指(zhi)出的是，管道(dào)彎道旁通流(liu)量計是一種(zhǒng)新型的結構(gòu)型式✍️，目前在(zai)此方面的國(guó)内外的理論(lùn)研究和實踐(jiàn)較少，因此，要(yào)🛀使這種新型(xíng)結構盡快得(de)到廣⛱️泛使用(yòng)，還需要🏃進一(yi)步深入探㊙️讨(tao)。本設計模拟(ni)與模型試驗(yàn)對🌈管道彎道(dao)♌旁通流量計(jì)的特性進行(hang)了研究，但仍(reng)有不足之處(chù)，在以後的研(yan)究中可以從(cong)以下幾方面(miàn)考慮🔱：
（1）本設計(ji)中以恒定理(lǐ)想液體爲基(jī)礎進行的試(shì)驗，但在實際(jì)工程中，流體(tǐ)通常爲非恒(heng)定流，因此，以(yi)後的🐅研究應(ying)在🌈非恒定流(liu)作用下進行(háng)。
（2）本設計中采(cai)用的彎道管(guǎn)徑爲200mm和300mm，在以(yi)後的研究應(yīng)采用管🔱徑更(gèng)大的彎管進(jìn)行試驗，以調(diào)整參數的變(biàn)🛀🏻化的範圍，使(shi)經驗公式具(ju)有普遍适用(yòng)性。

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