摘(zhai)要:利用(yòng)常壓氣(qi)體作爲(wei)流動介(jie)質，以流(liu)出系數(shù)平❤️均相(xiàng)對誤✌️差(chà)、線性度(du)和不确(que)定度爲(wèi)評價指(zhi)标，通過(guò)實流實(shi)驗。研究(jiu)⛹🏻‍♀️上遊組(zu)合管件(jiàn)對V 錐流(liu)量計 測(cè)量性能(néng)的影響(xiǎng)。在上遊(you)相同阻(zǔ)流件條(tiáo)件下建(jiàn)模仿真(zhēn),對V錐🔞流(liú)🤞量計和(he)孔闆流(liu)量計的(de)結構進(jin)行對比(bǐ)。
0引言
　　V錐(zhuī)流量計(ji)尚未實(shí)現國際(jì)國内甚(shen)至行業(ye)範圍内(nei)的标準(zhǔn)化，目🛀🏻前(qián)僅獲得(de)加拿大(dà)工業部(bu)的天然(ran)氣密閉(bì)管輸交(jiāo)接準入(ru)認可、美(mei)國㊙️機械(xie)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(jí)開展對(dui)V錐流量(liàng)計的推(tui)廣和使(shi)用工作(zuò)，然而生(sheng)産廠家(jia)對量程(chéng)比、壓力(lì)🐪損失、精(jīng)度等關(guān)鍵技術(shù)指标乃(nai)至安裝(zhuang)條件都(dou)直接✏️采(cǎi)取美國(guó)MeCrometer公司産(chan)品說明(ming)書的⭕方(fang)式。國内(nei)關于✨V錐(zhuī)流量計(jì)安裝使(shi)用條件(jiàn)的實驗(yan)研究鮮(xiān)見報道(dào)。
　　對DN100球閥(fá)+ DN100單彎頭(tou), DN150球閥+ DN150變(biàn)DN100漸縮管(guan),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(bian)DN100漸縮管(guan)+ 90°單彎頭(tou)這四種(zhǒng)阻流件(jiàn)組合形(xíng)式,通過(guo)改變前(qián)直管段(duàn)長度對(duì)V錐流量(liàng)計的測(cè)量精度(dù)進行實(shí)流實驗(yan)⛹🏻‍♀️，從而得(de)出在上(shang)述四種(zhong)阻流件(jiàn)組合的(de)工況,V錐(zhui)流量計(jì)的測量(liang)性能變(bian)🐆化趨勢(shì)。　還👨‍❤️‍👨通過(guò)模拟仿(páng)真對V錐(zhuī)流量計(ji)和 孔闆(pan)流量計(ji) 的結構(gòu)進行對(dui)比。
1安裝(zhuāng)條件對(dui)V錐流量(liang)計測量(liàng)精度影(ying)響的實(shí)驗研究(jiū)
1.1 V錐流量(liang)計的基(ji)準實驗(yàn)
　　用于V錐(zhui)流量計(ji)直管段(duàn)長50D,後直(zhi)管段長(zhǎng)3D,管道内(nèi)流體流(liú)動爲🏃🏻‍♂️充(chong)分發展(zhǎn)的淌流(liu)狀态06團(tuán)團團[51。前(qian)期大量(liang)文獻表(biǎo)🌈明，前直(zhi)管段長(zhang)💘度達到(dào)50D時,可以(yi)認爲流(liú)場已經(jīng)充分發(fa)展:同時(shí)，後直管(guan)段達到(dào)3D,不會影(ying)響V錐量(liàng)計的流(liu)出系數(shù)。故上遊(you)阻🚶‍♀️流件(jian)實驗結(jie)果均按(an)照前直(zhi)管段50D,後(hou)直管段(duàn)3D爲基準(zhun)進行比(bi)較，從而(er)得到流(liu)出系數(shù)💋和流出(chū)系數相(xiàng)對誤差(cha)的變化(hua)情況。
1.2.上(shàng)遊阻流(liú)件對V錐(zhui)流量計(jì)測量精(jīng)度影響(xiǎng)的實驗(yan)研究.
1.2.1. 上(shàng)遊阻流(liu)件類型(xíng)一 DN100球閥(fa)+ DN100單彎頭(tou)的實驗(yàn)研究
　　阻(zu)流件類(lèi)型爲DN100球(qiu)閥+ DN100單彎(wān)頭的雷(lei)諾數流(liu)出系數(shu)曲線圖(tu)如圖1所(suo)示，從圖(tú)中可以(yi)看出,在(zài)雷諾數(shu)大于80 000時(shi)💋随着前(qián)直管段(duan)💋長度的(de)縮短，流(liu)出系數(shu)呈遞增(zēng)趨勢:當(dāng)雷諾數(shu)小于80 000時(shí)，流出系(xi)數随前(qian)直管段(duan)長度變(bian)化無明(míng)顯增減(jiǎn)趨勢,無(wú)法進行(hang)有規律(lǜ)的判斷(duan)。同時和(he)基準實(shi)驗數據(jù)相差比(bi)較大,當(dang)雷諾數(shù)在250 000那點(diǎn)時,基準(zhun)實驗的(de)數據和(hé)其他的(de)很接近(jìn)。

　　從表1可(ke)以看出(chu)，當直管(guan)段長度(dù)小于3D時(shi)，随着直(zhí)管段長(zhǎng)度的縮(suō)短，平均(jun1)相對誤(wù)差呈遞(dì)增趨勢(shi):當直管(guǎn)段長度(dù)大于3D時(shí)，平均相(xiang)對誤差(cha)變化不(bú)大。此變(biàn)化趨勢(shi)也可見(jian)🏃‍♀️圖2所示(shì)。

1.2.2上遊阻(zǔ)流件類(lei)型- -DN150 球閥(fá)+ DN150變DN100漸縮(suō)管的實(shí)驗研究(jiū)
　　阻流件(jian)類型爲(wèi)DN150 球閥+ DN150變(bian)DN100漸縮管(guan)的雷諾(nuò)數流出(chu)系數曲(qu)線圖如(ru)圖📱3所示(shi)，從圖中(zhong)可以看(kàn)出,随着(zhe)前直管(guǎn)段長度(dù)的改變(bian),流出系(xì)數基😍本(běn)不變，但(dan)略小于(yú)基準實(shi)驗流出(chu)系數。

　　從(cóng)表2和圖(tu)4可以看(kan)出,在該(gai)工況下(xia)，雖然存(cún)在流.出(chu)系數🔞相(xiang)對誤差(chà)✂️,但前直(zhí)管段長(zhang)度對流(liú)出系數(shù)的影響(xiǎng)基本可(ke)以👉忽略(lue)，且相對(duì)誤差也(yě)不是很(hěn)大。

1.2.3. 上遊(you)阻流件(jian)類型- -DN150球(qiu)閥+90*單彎(wān)頭+DNI50變D100漸(jian)縮管的(de)實驗研(yán)究
　　阻流(liu)件類型(xing)爲DN150球閥(fá)+90°單彎頭(tóu)+ DN150變DN100漸縮(suo)管的雷(lei)諾數流(liu)出系數(shu)曲🐇線圖(tú)如圖5所(suǒ)示，從圖(tu)中可以(yi)看出,随(sui)着前直(zhí)管段長(zhang)度的縮(suo)短💃，流出(chu)系數呈(chéng)遞減趨(qu)勢。

　　從表(biǎo)3和圖6可(kě)以看出(chu)，随着前(qián)直管段(duàn)長度的(de)增長，流(liu)出系數(shù)相⛱️對誤(wù)差呈減(jiǎn)小趨勢(shi)。


1.2.4. 上遊阻(zǔ)流件類(lei)型一-DN150球(qiú)閥+90°單彎(wān)頭+DN150變DN100漸(jiàn)縮管+90°單(dan)彎頭的(de)實驗研(yán)♉究
阻流(liú)件類型(xíng)爲DN150球閥(fa)+ 90°單彎頭(tou)+ DN150變DN100漸縮(suō)管+90°單彎(wan)頭的雷(léi)諾數流(liu)出系數(shu)曲線圖(tú)如圖7所(suo)示，流出(chu)系數均(jun1)略大✌️于(yú)基準實(shí)驗流出(chū)系數，且(qie)改變前(qián)直管段(duàn)長度對(dui)流出系(xi)數的影(yǐng)響很小(xiao)。

從表4和(he)圖8可以(yi)看出，平(píng)均相對(duì)誤差與(yǔ)前直管(guan)段長度(dù)無明顯(xiǎn)關系，且(qiě)偏差均(jun1)不大。

2V錐(zhuī)流量計(ji)和孔闆(pan)流量計(jì)結構的(de)模拟仿(páng)真對比(bǐ)
　　V錐流量(liang)計作爲(wèi)一-種新(xin)型的差(chà)壓式流(liú)量計,其(qi)工作原(yuán)🔴理💰和孔(kong)🚶‍♀️闆流量(liàng)計相同(tong)。介質通(tong)過V錐時(shí),由于阻(zu)流件V錐(zhui)的存在(zài)，使得流(liu)體的流(liú)過面積(jī)發生變(bian)化，從而(er)流速發(fā)✏️生變化(hua)。根據伯(bo)努利方(fang)程，流速(su)的變化(huà)引起🔴.壓(yā)力的變(biàn)㊙️化，該壓(yā)力🔴的變(biàn)化與介(jie)質的流(liu)速之間(jian)存在一(yī)

　　變DN100漸縮(suō)管+90°單彎(wan)頭的流(liú)出系數(shù)相對誤(wu)差曲線(xiàn)定的關(guān)系⚽。因♻️此(ci)，可🎯通過(guò)測量錐(zhui)體前後(hòu)的差壓(yā)達到測(ce)量流體(ti)流量的(de)目的。雖(sui)然與孔(kǒng)闆原理(lǐ)一樣，但(dan)是最本(ben)質的區(qū)别在于(yú)🎯孔闆爲(wei)中心收(shou)縮型節(jiē)流裝置(zhì),而V錐爲(wei)邊壁收(shōu)縮型節(jie)流裝置(zhi)。
　　測量範(fàn)圍窄是(shì)制約孔(kǒng)闆流量(liàng)計使用(yong)的主要(yao)原因。--方(fang)面由于(yu)孔闆的(de)流出系(xì)數随雷(lei)諾數的(de)變化而(er)變📐化較(jiao)大,另一(yī)方面孔(kong)闆的突(tu)然節流(liu)導緻孔(kǒng)闆後産(chǎn)生較大(dà)🔆的漩渦(wo)，該漩渦(wo)的存在(zài)㊙️直接導(dǎo)緻測量(liang)的差壓(ya)信号噪(zào)✔️聲較大(dà);而V錐流(liú)量計克(kè)服了以(yi)💛上的缺(quē)點💔。如圖(tu)9所示,V錐(zhui)流量計(jì)是由👨‍❤️‍👨與(yu)管道同(tóng)軸的内(nèi)部節流(liú)件V錐和(he)取壓💘裝(zhuāng)置組成(cheng)，流體經(jīng)過時并(bing)不像孔(kǒng)🐕闆那樣(yang)突然改(gai)變流體(tǐ)💞的流動(dong)❓狀态，而(ér)是介質(zhì)随着錐(zhui)體的㊙️方(fang)向向邊(biān)壁收縮(suō)，該錐體(tǐ)起到調(diao)整介質(zhi)流動狀(zhuàng)态的作(zuo)用,重塑(su)了流束(shu)曲線，使(shi)流體的(de)流動更(geng)加穩定(ding)。實踐證(zheng)明，相比(bi)于孔闆(pǎn)流量計(jì),V錐流量(liang)計的流(liu)出系數(shu)随雷諾(nuò)數的變(bian)化基本(ben)不變，且(qiě)需要較(jiào)短的前(qian)🐆直管段(duàn)。

　　實流實(shí)驗的結(jié)果表明(ming)，即使上(shàng)遊存在(zài)各種不(bu)同類♉型(xing)🧡的🈲阻流(liu)件🐆時,對(duì)于V錐流(liú)量計來(lai)說隻需(xu)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(zhī)内,而對(duì)于孔闆(pǎn)來說則(ze)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼需要10D甚(shen)至30D的前(qián)直管段(duan)才能達(da)到同V錐(zhui)的同等(deng)精度。爲(wèi)了更好(hao)的從本(ben)質上來(lai)分析兩(liang)種差壓(yā)式😄流量(liàng)計的差(cha)異，采用(yong)CFD軟件Fluent分(fèn)别對兩(liang)種流量(liàng)計在上(shang)遊存在(zài)相同阻(zǔ)流件即(ji)球閥+90°彎(wan)頭)時的(de)情況進(jin)行建模(mo)仿真。仿(pang)🥵真的錐(zhuī)體和孔(kong)📧闆部分(fèn)的壓力(lì)雲圖以(yǐ)及速度(du)矢量圖(tu)如圖10至(zhi)☎️圖13所示(shì)。

　　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(ti)尾部，避(bì)開了漩(xuán)渦較大(dà)的區域(yù),處在一(yi)個速度(dù)較爲平(ping)穩的區(qu)域。而孔(kong)闆的下(xia)遊取壓(ya)剛好處(chu)在漩渦(wo)區域，漩(xuan)渦的存(cun)在導緻(zhi)了孔闆(pan)下遊的(de)壓力信(xin)号的采(cǎi)集存在(zài)較大的(de)幹擾。因(yin)此，采用(yòng)同樣的(de)差壓變(biàn)💋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(zài)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(bì)慢慢向(xiàng)管壁收(shou)縮，如圖(tú)11所示，流(liu)過錐體(tǐ)之後形(xíng)成漩渦(wo)，無論錐(zhui)體前端(duan)的流體(ti)的流動(dòng)是否得(de)到充分(fèn)發展，在(zài)錐體尾(wei)部還是(shì)會存在(zai)一個速(sù)度相❓對(duì)平穩的(de)區域。而(er)對于孔(kǒng)闆而言(yán)，它的這(zhe)種結構(gòu)使得流(liú)束在管(guan)👨‍❤️‍👨道中心(xīn)突然收(shou)縮，在下(xia)遊取壓(yā)處産生(shēng)較大的(de)漩渦，前(qian)端流體(tǐ)是否充(chōng)分發展(zhǎn)将會對(dui)漩渦的(de)特性産(chan)生不确(què)🏒定性的(de)影響，這(zhe)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(liú)件時，流(liú)體的未(wei)充分發(fa)展對V錐(zhuī)流量🌈計(jì)的測量(liang)産生的(de)🧡影響較(jiào)小，而對(dui)于孔闆(pan)産生的(de)影響較(jiào)大，即在(zai)保證同(tong)樣精度(du)下，V錐所(suo)需要的(de)前直管(guǎn)🛀🏻段相比(bi)于孔闆(pǎn)要短。
3總(zong)結
　　對DN100球(qiu)閥+DN100單彎(wān)頭,DN150球閥(fa)+DN150變DN100漸縮(suō)管,DN150球閥(fa)+90°單彎頭(tóu)+DN150變D100 漸縮(suo)管,DN150球閥(fa)+ 90°單彎頭(tóu)+DN150變DN100漸縮(suō)管+90°單彎(wān)頭這四(si)種阻流(liú)件組合(he)形式，通(tong)🔴過改🏃‍♂️變(biàn)前☀️直管(guǎn)段長度(du)對V錐流(liú)量計的(de)測量精(jing)度進行(hang)實❗流實(shi)驗,發現(xian)當📞後直(zhi)管段長(zhang)度不變(biàn)時,随着(zhe)前直管(guan)段長☂️度(dù)變短，流(liú)出系數(shù)相對誤(wù)差随💔之(zhī)變大。爲(wei)V錐流量(liàng)計在以(yi)上四種(zhong)阻流件(jian)組合條(tiao)件✊下，前(qian)直管段(duàn)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(liu)出系數(shu)的關系(xi)變化㊙️提(tí)供了參(cān)考。通過(guo)對V錐流(liú)量計和(he)孔闆流(liu)量計結(jié)構的模(mó)👈拟仿真(zhen)對比，得(de)到當孔(kǒng)闆和V錐(zhuī)流量計(jì)的上遊(you)均存在(zai)相🛀🏻同阻(zǔ)✍️流件時(shi),流體的(de)未充分(fèn)發展對(duì)V錐流量(liang)計的測(cè)量産🔆生(sheng)的影響(xiang)較小而(ér)對于孔(kong)闆産生(shēng)的影響(xiǎng)較大，即(ji)在保證(zhèng)同樣精(jing)度下,V錐(zhui)所需要(yào)的前📐直(zhí)管段相(xiàng)比于孔(kǒng)闆要短(duǎn)。

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