摘要:利用(yòng)常壓氣體(tǐ)作爲流動(dong)介質，以流(liú)出系數平(píng)均相對誤(wù)差、線性度(dù)和不确定(ding)度爲評價(jia)指标，通過(guo)✔️實流實驗(yàn)。研究上遊(yóu)🍉組合管件(jiàn)對V 錐流量(liang)計 測量性(xing)能的影響(xiǎng)。在上遊相(xiàng)同阻流件(jiàn)條件下建(jiàn)模💋仿真,對(duì)V錐流量計(ji)和孔闆流(liú)量計的結(jié)構進行對(dui)比。
0引言
　　V錐(zhui)流量計尚(shàng)未實現國(guó)際國内甚(shen)至行業範(fàn)圍内的标(biao)準化，目前(qian)僅獲得加(jiā)拿大工業(yè)部的天然(ran)氣密閉🈲管(guǎn)輸交接準(zhun)入認可、美(měi)國機械工(gong)程師協會(hui)的制造認(ren)可等。自2003年(nián)以來,國内(nèi)也在積極(ji)開展對V錐(zhui)流量計👄的(de)推廣和🤟使(shǐ)用工作，然(ran)而生産廠(chang)家對量程(chéng)比、壓力損(sun)失、精度等(deng)關鍵技術(shu)指标乃至(zhi)安裝條件(jiàn)都直接采(cǎi)取美國MeCrometer公(gong)🔴司産品說(shuo)明書的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻方(fāng)式。國内關(guan)于👣V錐流量(liàng)計安裝使(shǐ)用條⭐件的(de)實驗研究(jiu)鮮🈲見報道(dào)。
　　對DN100球閥+ DN100單(dan)彎頭, DN150球閥(fá)+ DN150變DN100漸縮管(guǎn),DN150球閥+ 90°單彎(wān)頭+ DN150變D100漸縮(suō)🏒管, DN150球閥+90°單(dan)彎頭+DN150變DN100漸(jiàn)縮管+ 90°單彎(wan)頭這四種(zhǒng)阻流件組(zǔ)合形式,通(tong)💋過改變前(qián)🔞直管段長(zhǎng)度對V錐流(liú)量計的測(cè)量精度進(jin)行實流實(shi)驗，從而得(de)出在上述(shù)四種阻流(liu)🔅件組合的(de)工況,V錐流(liú)量計的測(cè)量性能變(bian)化趨勢。　還(hái)通過模拟(ni)仿真對V錐(zhuī)流量計和(hé) 孔闆流量(liàng)計 的結構(gòu)進行對比(bǐ)。
1安裝條件(jian)對V錐流量(liang)計測量精(jīng)度影響的(de)實驗研究(jiū)🌂
1.1 V錐流量計(jì)的基準實(shí)驗
　　用于V錐(zhui)流量計直(zhí)管段長50D,後(hou)直管段長(zhang)3D,管道内流(liu)體流動爲(wèi)充分發展(zhan)的淌流狀(zhuàng)态06團團團(tuán)[51。前期大量(liang)文獻表明(ming)，前直管段(duàn)長度達到(dao)50D時,可以認(ren)爲流場已(yi)經充分發(fa)展:同時，後(hòu)直管✂️段達(da)到3D,不會影(yǐng)響V錐量計(jì)的流出系(xì)數🔴。故上遊(yóu)阻流件實(shí)驗結果均(jun1)按照前直(zhí)管😄段50D,後直(zhí)管段3D爲基(jī)準進行比(bi)較，從而得(dé)到流出系(xì)數♌和流出(chu)系數相對(dui)誤差的變(biàn)化情況。
1.2.上(shàng)遊阻流件(jiàn)對V錐流量(liang)計測量精(jing)度影響的(de)實驗研✔️究(jiū).
1.2.1. 上遊阻流(liu)件類型一(yi) DN100球閥+ DN100單彎(wān)頭的實驗(yàn)研究
　　阻流(liu)件類型爲(wei)DN100球閥+ DN100單彎(wān)頭的雷諾(nuo)數流出系(xì)數曲🚶‍♀️線圖(tú)如圖1所示(shi)，從圖中可(ke)以看出,在(zài)雷諾數大(da)于80 000時随着(zhe)前直🌈管段(duan)長度的縮(suō)短，流出系(xi)數呈遞增(zēng)趨勢🏃‍♀️:當雷(lei)諾♍數小于(yu)80 000時，流出系(xì)數随前直(zhí)管段長度(du)變化無明(míng)顯增減趨(qu)勢,無法進(jìn)行有規律(lü)的判斷。同(tóng)時和👉基準(zhǔn)實驗數❗據(ju)相差比較(jiào)🔴大,當雷諾(nuò)數在250 000那點(diǎn)時,基準實(shi)驗的數據(ju)和其他的(de)很接近。

　　從(cong)表1可以看(kan)出，當直管(guǎn)段長度小(xiao)于3D時，随着(zhe)直管段🐉長(zhǎng)度的🆚縮短(duǎn)，平均相對(dui)誤差呈遞(di)增趨勢:當(dang)直管段🔱長(zhang)度㊙️大于3D時(shí)，平均相🙇‍♀️對(duì)誤差變化(hua)不大。此變(biàn)化趨勢也(yě)可見圖2所(suǒ)示。

1.2.2上遊阻(zǔ)流件類型(xing)- -DN150 球閥+ DN150變DN100漸(jian)縮管的實(shi)驗研究
　　阻(zu)流件類型(xing)爲DN150 球閥+ DN150變(biàn)DN100漸縮管的(de)雷諾數流(liú)出系數曲(qǔ)線圖如🈲圖(tu)3所示，從圖(tú)中可以看(kan)出,随着前(qian)直管段長(zhǎng)度的改變(bian),流出系數(shù)基本不變(bian)，但略小于(yú)基準實驗(yàn)流出系數(shù)。

　　從表2和圖(tu)4可以看出(chu),在該工況(kuàng)下，雖然存(cún)在流.出系(xì)數相對誤(wu)差,但前直(zhi)管段長度(dù)對流出系(xì)數的影響(xiang)基本可以(yi)忽略，且相(xiang)對誤差也(ye)不是很大(dà)。

1.2.3. 上遊阻流(liu)件類型- -DN150球(qiu)閥+90*單彎頭(tou)+DNI50變D100漸縮管(guǎn)的實驗研(yán)😄究🐅
　　阻流件(jiàn)類型爲DN150球(qiú)閥+90°單彎頭(tou)+ DN150變DN100漸縮管(guǎn)的雷諾數(shu)流出系🐆數(shu)曲線圖如(rú)圖5所示，從(cóng)圖中可以(yi)看出,随着(zhe)前直管段(duàn)長度的縮(suō)短📱，流出系(xi)數呈遞減(jiǎn)趨勢。

　　從表(biao)3和圖6可以(yi)看出，随着(zhe)前直管段(duàn)長度的增(zeng)長，流出系(xì)🌐數相對誤(wù)差呈減小(xiao)趨勢。


1.2.4. 上遊(yóu)阻流件類(lei)型一-DN150球閥(fa)+90°單彎頭+DN150變(biàn)DN100漸縮管+90°單(dān)彎頭的實(shí)🚶驗研究㊙️
阻(zu)流件類型(xíng)爲DN150球閥+ 90°單(dān)彎頭+ DN150變DN100漸(jiàn)縮管+90°單彎(wan)頭的雷諾(nuo)數流出🏃‍♀️系(xì)數曲線圖(tu)如圖7所示(shi)，流出系數(shu)均略大于(yu)基準實驗(yan)流出系數(shu)，且🙇🏻改變前(qian)直管段長(zhang)度對流出(chu)系數的影(ying)響很小。

從(cóng)表4和圖8可(kě)以看出，平(ping)均相對誤(wù)差與前直(zhí)管段長度(dù)無明顯關(guan)系，且偏差(cha)均不大。

2V錐(zhuī)流量計和(hé)孔闆流量(liang)計結構的(de)模拟仿真(zhen)對比
　　V錐流(liu)量計作爲(wei)一-種新型(xíng)的差壓式(shi)流量計,其(qi)工作原🧑🏾‍🤝‍🧑🏼理(li)和孔闆流(liú)量計相同(tong)。介質通過(guò)V錐時,由于(yú)阻流件V錐(zhuī)的存在，使(shi)得流🏃體的(de)流過面積(jī)發生變化(huà)，從而流速(su)發生變化(hua)🏒。根據伯努(nu)利方程，流(liú)速的變化(huà)引起.壓力(lì)的變化，該(gai)壓力🆚的變(biàn)化與介質(zhì)的流速之(zhi)間存在一(yī)

　　變DN100漸縮管(guǎn)+90°單彎頭的(de)流出系數(shu)相對誤差(cha)曲線定的(de)🔞關系📱。因此(cǐ)，可🏃🏻通過測(ce)量錐體前(qián)後的差壓(ya)達到測量(liàng)流體流量(liang)的目🔞的。雖(sui)然與孔闆(pan)原理一樣(yang)，但是最本(ben)質的區🛀🏻别(bié)在于孔闆(pǎn)爲中心收(shou)縮型節流(liú)裝置,而V錐(zhuī)爲邊壁收(shōu)縮型節流(liú)裝置。
　　測量(liang)範圍窄是(shì)制約孔闆(pan)流量計使(shǐ)用的主要(yao)原因。--方面(mian)由于⁉️孔闆(pǎn)的流出系(xì)數随雷諾(nuo)數的變化(huà)而變🚶‍♀️化較(jiào)大,另一方(fāng)面孔闆的(de)突然節流(liú)導緻孔闆(pan)後産生較(jiào)大的漩渦(wō)，該漩渦的(de)存在直接(jiē)導緻測量(liàng)的差壓信(xìn)号噪聲較(jiao)大;而V錐流(liú)量計克服(fu)了以🛀上的(de)缺點。如圖(tu)9所示,V錐流(liu)量計是由(yóu)與管道同(tóng)軸的内部(bu)節流件V錐(zhui)和取壓裝(zhuang)置組成，流(liu)體經🛀🏻過時(shí)并不像孔(kǒng)闆那樣突(tu)然改🍉變流(liu)體的流動(dòng)♍狀态，而是(shì)⛱️介質随着(zhe)錐體的方(fāng)向向邊壁(bì)收縮🔆，該錐(zhuī)體起到調(diao)整🆚介質流(liú)動狀态的(de)作用,重塑(su)了流束曲(qǔ)線，使流體(ti)的流動更(geng)加穩👈定。實(shi)踐證明，相(xiàng)比于孔闆(pǎn)流量計,V錐(zhuī)流量計的(de)流出系數(shu)随雷諾數(shu)的變化基(ji)本不變，且(qiě)需要較短(duǎn)的前直管(guan)段。

　　實流實(shi)驗的結果(guo)表明，即使(shi)上遊存在(zài)各種不同(tóng)類🐪型的阻(zu)流件時,對(dui)于V錐流量(liàng)計來說隻(zhi)需3D的前直(zhi)管段即‼️可(ke)保證計量(liang)精度在+0. 5%的(de)範圍之内(nèi),而對于孔(kǒng)闆來說則(zé)需要10D甚‼️至(zhi)30D的前直管(guǎn)段才能達(da)到同V錐的(de)同等精度(du)。爲了更好(hǎo)的從本質(zhì)上來分析(xī)兩種差壓(yā)式流量計(ji)的差異，采(cǎi)用CFD軟件Fluent分(fèn)别對兩種(zhong)流量計在(zai)上遊存在(zai)相同阻流(liu)件即球閥(fa)+90°彎頭)時的(de)情況進行(hang)建模仿真(zhen)。仿真的錐(zhui)體和孔闆(pan)部分的壓(yā)力雲圖以(yi)及速度矢(shǐ)量圖如圖(tu)10至🏃‍♂️圖13所示(shì)。

　　對比圖10與(yu)圖12不難發(fa)現，V錐的下(xia)遊取壓在(zai)錐體尾部(bù)，避開了漩(xuan)渦較大的(de)區域,處在(zài)一個速度(dù)較爲平穩(wen)的區💋域。而(ér)‼️孔闆的下(xia)遊取壓剛(gāng)好處在漩(xuán)渦區域，漩(xuan)渦的存在(zài)導緻🤞了孔(kǒng)闆下遊的(de)壓力信号(hao)的采集存(cun)在較大的(de)幹擾。因此(cǐ)，采用同樣(yàng)的差壓變(biàn)送器對兩(liang)種流量計(ji)進行測量(liang)時,V錐流量(liàng)計的差壓(ya)信号的信(xìn)噪比要明(míng)顯高于孔(kǒng)闆。
　　如此，在(zai)流體流過(guò)V錐時，流體(tǐ)介質的方(fāng)向會随着(zhe)錐體的邊(biān)壁🏃‍♀️慢慢向(xiang)管壁收縮(suo)，如圖11所示(shì)，流過錐體(tǐ)之💜後形成(chéng)漩渦，無論(lùn)錐💋體前🧑🏾‍🤝‍🧑🏼端(duan)的流體的(de)流動是否(fǒu)得到充分(fèn)發展，在錐(zhuī)體尾部還(hái)是會存在(zai)一個速度(dù)相對平穩(wen)的區域。而(ér)對于孔闆(pan)而🐉言，它的(de)這🌈種結構(gòu)使☂️得流束(shù)在管道中(zhōng)心突然收(shou)縮，在下遊(you)取壓處産(chan)生較大的(de)漩渦，前端(duan)流體是否(fǒu)充分發展(zhǎn)将會對漩(xuán)渦的特性(xing)産生不确(que)📞定性的影(yǐng)響，這就直(zhi)接影響着(zhe)差壓信号(hao)的測量。因(yīn)此,在;孔闆(pan)和V錐流量(liàng)❤️計😄的上遊(you)均🔴存在相(xiang)同阻流件(jiàn)時，流體的(de)未🈲充分發(fā)展對V錐流(liu)量計的測(ce)量産生的(de)影響較小(xiao)，而對于孔(kǒng)闆産生的(de)影響較大(da)，即在保證(zheng)同樣精度(dù)下，V錐所需(xū)要的前直(zhi)管段相比(bi)于孔闆要(yào)短。
3總結
　　對(dui)DN100球閥+DN100單彎(wan)頭,DN150球閥+DN150變(biàn)DN100漸縮管,DN150球(qiu)閥+90°單彎頭(tóu)+DN150變D100 漸縮管(guǎn)♊,DN150球閥+ 90°單彎(wān)頭+DN150變DN100漸縮(suō)管+90°單彎頭(tóu)這四種阻(zu)流件組合(he)形式，通過(guo)改♉變前直(zhi)管段長度(dù)對V錐流量(liang)計的測量(liang)精度進行(hang)實流實驗(yan)‼️,發現當後(hou)直管段長(zhang)度不變時(shí),随着前直(zhí)管段長❌度(dù)變短，流出(chū)系數相對(dui)誤差随之(zhī)變大。爲V錐(zhuī)㊙️流量計在(zài)以上四種(zhǒng)阻流件組(zǔ)合條件下(xià)，前直管段(duàn)💔長度變化(hua)跟流出系(xi)數的變化(huà)趨勢圖和(hé)雷諾數跟(gen)流出系數(shu)的關系變(bian)化提供了(le)參考。通過(guo)對V錐流量(liàng)計和孔闆(pan)流量計結(jie)構的模♌拟(ni)仿真對比(bǐ)，得到當孔(kong)闆和V錐流(liu)📞量計的上(shang)遊均存在(zai)相同阻⛷️流(liu)件時,流體(ti)的未充分(fèn)發展對V錐(zhui)流量計🌐的(de)測量産生(sheng)的影響較(jiào)小而對于(yu)孔闆産生(sheng)的影響較(jiào)大，即在保(bǎo)證同樣精(jing)度下,V錐所(suo)需要的前(qián)直管段相(xiàng)比于孔闆(pan)要短。

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