摘要：測量大管徑(jìng)、大流量管道流量(liang)時常用的各類流(liu)量計 精度較低、價(jia)格昂貴、安裝複雜(zá)。差壓式流量計應(ying)用廣泛且造價低(dī)，但精度較低，項目(mu)旨在研究差壓式(shì)流量❗計用于大管(guǎn)徑低流速的液體(tǐ)測量時會因差壓(yā)太小測量精度低(dī)這個缺點進行改(gǎi)造。提出利用彎道(dao)布置流量計，依據(ju)彎道管内水動力(li)學規律，研♋究彎道(dao)内總流量與旁通(tōng)管内流量關系，通(tōng)過實驗研究率定(ding)設備參數。
1概述
　　近(jin)年來，我國大量水(shuǐ)利科研工作者緻(zhì)力于各種流🍓量計(jì)❗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(jì)‼️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(mù)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(guó)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(da)口徑彎道流量♌計(ji)壓強分🛀🏻布問題，通(tōng)過對大量數據進(jìn)行處理，推導出👈針(zhen)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(zhi)徑💯的變👨‍❤️‍👨化規律的(de)問題，利用RNGK-＆湍流模(mó)型，研究了彎管内(nèi)外壁🔞壓強沿程分(fèn)❄️布和彎徑比對彎(wān)道壓強的影響，進(jìn)而推求出不同彎(wān)徑比、不同管徑情(qíng)況下流量壓差之(zhi)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(fa)了一種新型的🔆差(chà)壓式流量👅計✌️-雙錐(zhui)流量計，并将Fluent仿真(zhen)軟件與實流實驗(yan)相結合，研究雙錐(zhuī)流量計流出系數(shù)在雙錐直徑比作(zuò)用下的流量規律(lü)。
2理論分析
　　通過分(fèn)析 差壓式流量計(jì) 精度低的原因，研(yan)究分析流速與壓(ya)差的關系式，運用(yong)彎道管内水動力(li)學規律，設計一種(zhǒng)新型的彎道旁通(tong)流量計，以解決🎯差(chà)壓式流量計用于(yu)大管徑低流速的(de)液體測🍓量時會♌導(dǎo)緻差壓太小從而(ér)變測量不出來或(huò)者測量精度低這(zhe)個💞缺點。理論🎯上，流(liú)體流經彎管，在彎(wan)⭐曲部分的任意一(yī)個圓截面上産生(sheng)的⭕動量矩是大緻(zhi)相同的。但由于彎(wan)道離心力的作用(yòng)，流體在彎💁道内外(wài)兩側之間将産生(shēng)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(pang)通管流量大小存(cún)在較大差異，旁通(tong)管内流量大小取(qǔ)決于彎道内總流(liu)量。
2.1彎道管内水流(liu)運動規律
　　爲避免(mian)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(zhong)運動要素均不随(sui)時間改變，彎管内(nèi)的水流随水流的(de)✏️運動得以充分發(fa)展。因水流受到彎(wan)管内壁的約束作(zuo)用，當彎管通水時(shí)，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(liu)沿彎道作🏃‍♂️急變流(liú)曲線運動。根據以(yǐ)上分⁉️析：彎道管内(nei)的♋水流運動實際(jì)上是理想流體所(suo)作的曲線有勢運(yun)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(guò)水斷面的水流如(ru)下㊙️：在彎道中任取(qu)n-n過㊙️水斷面，并于水(shuǐ)平線成夾角α，在所(suo)💜截取的過水斷面(miàn)上取一微分柱體(ti)，設彎管同一過水(shuǐ)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(yì)點的流速爲u0，管道(dao)截面内任意一點(diǎn)距圓形✍️管道❓中心(xīn)的距離爲🚩r，該微分(fen)柱體👣兩✌️端形心點(dian)離基準面高度分(fèn)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(fèn)别爲該柱體兩端(duan)面上的動水壓力(li)與，其自重🐅沿n方向(xiang)的投影，其🧑🏾‍🤝‍🧑🏼所受的(de)離心慣性力爲，在(zài)理想流體的勢流(liu)流動中，由于n方向(xiàng)與流線正交，此方(fāng)向上各🤩力代數和(hé)爲🤩零，有：

　　由以上推(tui)導有：曲率中心越(yuè)近，流速越大，壓強(qiang)越小，旁通管内🈚流(liu)量較小；反之，則流(liu)速越小，壓強越大(da)，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(liu)運動規律出發，根(gen)據現有的🧡研究技(jì)術嘗試性的研究(jiū)彎道角度、管道直(zhí)徑、流速對彎管内(nèi)📐總流🏃量與旁通管(guan)内流量關系的影(ying)響，研發出該裝置(zhì)，進行實驗驗證與(yǔ)分析，利用能量方(fāng)程、動量方程，最終(zhōng)結合💋實驗數據🌍得(dé)出彎道内總流量(liang)與旁通管内流量(liang)關系，從🐉而提高對(duì)大管徑低流速的(de)液體進行流量測(ce)定時的精⁉️度。假設(she)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(tǐ)滿足連續性方程(cheng)、能量方🌈程和動量(liàng)方程等。綜上可見(jiàn)，對💘于既定的彎管(guǎn)，通過測定流體流(liu)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(qiú)⛷️出主管道内總流(liú)量。
3流量關系公式(shi)的實驗驗證
　　彎道(dao)内總流量-旁通管(guan)内流量實驗裝置(zhi)的設計：
　　爲了對推(tui)導流量關系基本(běn)公式進行實驗驗(yan)證、并對基本公式(shi)中流量參數的變(biàn)化規律進行研究(jiu)，采用實💁驗裝置進(jin)行了實驗測量。測(cè)量儀器準備就緒(xu)後，開啓水泵向管(guǎn)路中充水。按不同(tóng)開度打開控制閥(fa)門，待管道中水流(liu)穩定後，使🔞經濟流(liu)速分别控制在，同(tong)時分别讀取電磁(ci)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(guān)閉控制☁️閥門，按同(tóng)樣方法讀取和記(jì)錄測量數據。取同(tong)一開㊙️度兩次數據(jù)平均值作爲該開(kāi)度下的測🔱量數據(jù)。
4測試結果分析
　　經(jīng)過多次模拟及模(mó)型試驗，通過改變(biàn)彎管上測壓🥵孔🥵的(de)位👌置與彎道管徑(jing)，即改變壓力作用(yong)點，改變彎管總流(liú)量發現：
　　當流體進(jìn)入彎管後，因爲彎(wan)道外壁對流體産(chǎn)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(liu)體在旁通管内流(liú)動， 電磁流量計 測(ce)量流經旁通管内(nei)的流量，測壓孔取(qǔ)在彎管45°截面時旁(páng)通管内流量達到(dào)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(da)，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(tōng)管内流量測量🌈誤(wu)差值呈發散現象(xiàng)。
5結論與展望
5.1結論(lùn)
　　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(xià)㊙️主要結論：
（1）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(shēng)一定的壓力差，促(cù)使流體在旁通管(guan)内流🐕動。
（2）當彎管内(nei)總流量不同時，旁(pang)通管流量大小存(cún)在較大差異，此流(liú)量的大小與彎管(guan)内總流量有關。
（3）通(tong)過觀測旁通所聯(lian)通的電磁流量計(ji)讀數，确定小㊙️彎♈管(guǎn)内🌐的流量，根據模(mo)拟出的大小彎管(guǎn)之間的流👌量大小(xiǎo)關系，從而推知管(guan)✔️道内總流量，且測(ce)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(bu)置流量計，依據彎(wan)道管内水動力學(xué)規律，研究彎道内(nei)總流量與旁通管(guǎn)内流量關系，通過(guò)實驗研究率定設(she)備參數🤞，應用前景(jǐng)廣闊。
5.2展望
　　需要指(zhi)出的是，管道彎道(dao)旁通流量計是一(yī)種新型的結構型(xíng)式，目前在此方面(mian)的國内外的理論(lùn)研究和實踐較少(shao)，因此，要使這種新(xin)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(chu)，在以後的研究中(zhong)🈲可以從以下幾方(fāng)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(fei)恒定流，因此，以後(hou)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(cǎi)用管徑更大的彎(wan)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(xìng)。

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