摘(zhai)要:利用(yong)常壓氣(qi)體作爲(wei)流動介(jie)質，以流(liu)出系數(shu)平均相(xiang)🏃🏻對誤差(cha)🌈、線性度(du)和不确(que)定度爲(wei)評價指(zhi)标，通過(guo)實流實(shi)驗。研究(jiu)上遊組(zu)合管件(jian)對V 錐流(liu)量計 測(ce)量性能(neng)的影響(xiang)。在上遊(you)相同阻(zu)流件條(tiao)件下建(jian)模仿真(zhen),對V錐流(liu)量計和(he)孔闆流(liu)量計的(de)結構進(jin)行對比(bi)✊。
0引言
　　V錐(zhui)流量計(ji)尚未實(shi)現國際(ji)國内甚(shen)至行業(ye)範圍内(nei)的✊标準(zhun)化，目前(qian)僅獲得(de)加拿大(da)工業部(bu)的天然(ran)氣密閉(bi)管輸交(jiao)接準入(ru)認可、美(mei)國機械(xie)工程師(shi)協會的(de)制造認(ren)可等㊙️。自(zi)2003年以⛹🏻‍♀️來(lai),國内也(ye)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(sheng)産廠家(jia)對量程(cheng)比、壓力(li)🤟損失、精(jing)度等關(guan)鍵技術(shu)指标乃(nai)至安裝(zhuang)條件都(dou)直接采(cai)取美國(guo)MeCrometer公司産(chan)品說明(ming)書的方(fang)式。國内(nei)關于V錐(zhui)流量計(ji)安裝使(shi)用條件(jian)的實驗(yan)研究鮮(xian)見報道(dao)。
　　對DN100球閥(fa)+ DN100單彎頭(tou), DN150球閥+ DN150變(bian)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(dan)彎頭+DN150變(bian)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(ce)量精度(du)進行實(shi)流實驗(yan)🔞，從而得(de)出在上(shang)述四種(zhong)阻流件(jian)組合的(de)工況,V錐(zhui)流㊙️量計(ji)的測🐇量(liang)性能變(bian)化趨勢(shi)。　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(dui)比。
1安裝(zhuang)條件對(dui)V錐流量(liang)計測量(liang)精度影(ying)響的實(shi)驗研究(jiu)
1.1 V錐流量(liang)計的基(ji)準實驗(yan)
　　用于V錐(zhui)流量計(ji)直管段(duan)長50D,後直(zhi)管段長(zhang)3D,管道内(nei)流體流(liu)動爲充(chong)分發展(zhan)的淌流(liu)狀态06團(tuan)團團[51。前(qian)期大量(liang)文獻表(biao)🥰明，前直(zhi)管段長(zhang)度達💞到(dao)50D時,可以(yi)認爲流(liu)場已經(jing)充分發(fa)展:同時(shi)，後直管(guan)段達到(dao)🐆3D,不會影(ying)響V錐量(liang)計的流(liu)出系數(shu)。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(duan)🔴3D爲基準(zhun)進行🤩比(bi)較，從而(er)得到流(liu)出系數(shu)和流出(chu)系數相(xiang)對誤差(cha)的變化(hua)情況。
1.2.上(shang)遊阻流(liu)件對V錐(zhui)流量計(ji)測量精(jing)度影響(xiang)的實驗(yan)研究.
1.2.1. 上(shang)遊阻流(liu)件類型(xing)一 DN100球閥(fa)+ DN100單彎頭(tou)的實驗(yan)研究
　　阻(zu)流件類(lei)型爲DN100球(qiu)閥+ DN100單彎(wan)頭的雷(lei)諾數流(liu)出系數(shu)曲線💰圖(tu)如圖1所(suo)示，從圖(tu)中可以(yi)看出,在(zai)雷諾數(shu)大于80 000時(shi)随着前(qian)直管段(duan)🍓長度的(de)縮🎯短，流(liu)出系數(shu)呈遞增(zeng)趨勢:當(dang)雷諾數(shu)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(ming)顯增減(jian)趨勢,無(wu)法進行(hang)有規律(lü)的判斷(duan)。同時和(he)基準實(shi)驗數據(ju)相差比(bi)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(jin)。

　　從表1可(ke)以看出(chu)，當直管(guan)段長度(du)小于3D時(shi)，随着直(zhi)管段長(zhang)💘度的縮(suo)短，平均(jun)相對誤(wu)差呈遞(di)增趨勢(shi):當直管(guan)段長度(du)大于3D時(shi)，平均相(xiang)😄對誤差(cha)變化不(bu)大。此變(bian)化趨勢(shi)也可見(jian)圖2所示(shi)。

1.2.2上遊阻(zu)流件類(lei)型- -DN150 球閥(fa)+ DN150變DN100漸縮(suo)管的實(shi)驗研究(jiu)
　　阻流件(jian)類型爲(wei)DN150 球閥+ DN150變(bian)DN100漸縮管(guan)的雷諾(nuo)數流出(chu)系數曲(qu)💋線圖✏️如(ru)圖3所示(shi)，從圖中(zhong)可以看(kan)出,随着(zhe)前直管(guan)段長度(du)的改變(bian),流出系(xi)數基本(ben)不變，但(dan)略小于(yu)基準實(shi)驗流出(chu)系數。

　　從(cong)表2和圖(tu)4可以看(kan)出,在該(gai)工況下(xia)，雖然存(cun)在流.出(chu)系😘數相(xiang)對誤差(cha),但前直(zhi)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(dui)誤差也(ye)不是很(hen)大。

1.2.3. 上遊(you)阻流件(jian)類型- -DN150球(qiu)閥+90*單彎(wan)頭+DNI50變D100漸(jian)縮管的(de)實驗研(yan)究🐪
　　阻流(liu)件類型(xing)爲DN150球閥(fa)+90°單彎頭(tou)+ DN150變DN100漸縮(suo)管的雷(lei)諾數流(liu)🌈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(zhi)管段長(zhang)度的縮(suo)短，流出(chu)系數呈(cheng)遞減趨(qu)勢。

　　從表(biao)3和圖6可(ke)以看出(chu)，随着前(qian)直管段(duan)長度的(de)增長，流(liu)出✍️系數(shu)☀️相對誤(wu)差呈減(jian)小趨勢(shi)。


1.2.4. 上遊阻(zu)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(yan)究
阻流(liu)件類型(xing)爲DN150球閥(fa)+ 90°單彎頭(tou)+ DN150變DN100漸縮(suo)管+90°單彎(wan)頭的雷(lei)諾🐆數🈚流(liu)出系數(shu)曲線圖(tu)如圖7所(suo)示，流出(chu)系數均(jun)略大于(yu)基準實(shi)驗流出(chu)系數，且(qie)改變前(qian)直管段(duan)長度對(dui)流出系(xi)數☂️的影(ying)響很小(xiao)。

從表4和(he)圖8可以(yi)看出，平(ping)均相對(dui)誤差與(yu)前直管(guan)段長度(du)無㊙️明顯(xian)關系，且(qie)偏差均(jun)不大。

2V錐(zhui)流量計(ji)和孔闆(pan)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(xin)型的差(cha)壓式流(liu)量計,其(qi)工作🌐原(yuan)理和孔(kong)闆流量(liang)計相同(tong)。介質通(tong)過V錐時(shi),由于阻(zu)流件V錐(zhui)的存在(zai)，使得流(liu)體的🌈流(liu)過面積(ji)發生變(bian)化，從而(er)流速發(fa)生變化(hua)。根據伯(bo)努利方(fang)程，流速(su)的變化(hua)引起.壓(ya)力的變(bian)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻化，該壓(ya)力的變(bian)化與介(jie)質的流(liu)速之間(jian)存在一(yi)

　　變DN100漸縮(suo)管+90°單彎(wan)頭的流(liu)出系數(shu)相對誤(wu)差曲線(xian)定的關(guan)系♈。因此(ci)，可通過(guo)測量錐(zhui)體前後(hou)的差壓(ya)達到測(ce)量流體(ti)流量🐉的(de)目🌂的。雖(sui)然與孔(kong)闆原理(li)一樣，但(dan)是最本(ben)♍質的區(qu)别在于(yu)孔闆爲(wei)中心收(shou)縮型節(jie)流裝置(zhi),而V錐爲(wei)邊壁收(shou)縮型節(jie)流裝置(zhi)。
　　測量範(fan)圍窄是(shi)制約孔(kong)闆流量(liang)計使用(yong)的主要(yao)原因。--方(fang)面由于(yu)孔❌闆的(de)流出系(xi)數随雷(lei)諾數的(de)變化而(er)變化較(jiao)大,另💰一(yi)方💃🏻面孔(kong)🌏闆的⭕突(tu)然節流(liu)導緻孔(kong)闆後産(chan)生較大(da)的漩渦(wo)，該漩渦(wo)的存在(zai)直接導(dao)緻測量(liang)的差🍉壓(ya)信号噪(zao)聲較大(da);而V錐流(liu)量計克(ke)服了以(yi)上的缺(que)點。如圖(tu)9所示,V錐(zhui)流量計(ji)是由與(yu)管道同(tong)軸❗的内(nei)部節流(liu)件V錐和(he)取壓裝(zhuang)🔅置組成(cheng)，流體經(jing)👨‍❤️‍👨過時并(bing)不像孔(kong)闆那樣(yang)突然改(gai)變流體(ti)的流動(dong)狀态，而(er)是🌈介質(zhi)随着錐(zhui)體的方(fang)向向邊(bian)壁收縮(suo)，該錐體(ti)起到調(diao)整介🌈質(zhi)流動狀(zhuang)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(pan)流量計(ji),V錐流量(liang)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(qian)直管段(duan)。

　　實流實(shi)驗的結(jie)果表明(ming)，即使上(shang)遊存在(zai)各種不(bu)同類♍型(xing)的阻流(liu)㊙️件🔆時,對(dui)于V錐流(liu)量計來(lai)說隻需(xu)3D的前直(zhi)管段即(ji)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(pan)來說則(ze)需要10D甚(shen)至30D的前(qian)直管段(duan)才能達(da)到同V錐(zhui)的同等(deng)精度。爲(wei)了更好(hao)的♊從本(ben)質上來(lai)分析兩(liang)種差壓(ya)式流量(liang)計的差(cha)異，采用(yong)CFD軟件⁉️Fluent分(fen)别對兩(liang)種流量(liang)計在上(shang)🏃遊存在(zai)相同阻(zu)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(zhui)體和孔(kong)闆部分(fen)的壓力(li)雲圖以(yi)及速度(du)矢量圖(tu)如圖10至(zhi)🈲圖13所示(shi)。

　　對比圖(tu)10與圖12不(bu)難發現(xian)，V錐的下(xia)遊取壓(ya)在錐體(ti)尾部‼️，避(bi)開🧑🏾‍🤝‍🧑🏼了漩(xuan)渦較大(da)的區域(yu),處在一(yi)個速度(du)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(cai)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(dui)兩種流(liu)量計進(jin)行測量(liang)時,V錐⭐流(liu)量計的(de)差壓信(xin)号的信(xin)噪比要(yao)明顯高(gao)于孔闆(pan)。
　　如此，在(zai)流體流(liu)過V錐時(shi)，流體介(jie)質的方(fang)向會随(sui)着錐👉體(ti)的邊壁(bi)慢慢向(xiang)管壁收(shou)縮，如圖(tu)11所示，流(liu)過錐體(ti)之後形(xing)成漩渦(wo)，無論錐(zhui)體前端(duan)的流體(ti)的流動(dong)是否得(de)到充分(fen)發展，在(zai)💋錐體尾(wei)部還是(shi)會存在(zai)☁️一個速(su)度相☔對(dui)平穩的(de)區域。而(er)對🔆于孔(kong)闆而🌈言(yan)，它的這(zhe)種結構(gou)使得流(liu)束在管(guan)道中心(xin)突然收(shou)縮，在下(xia)遊取壓(ya)處産生(sheng)🧡較大的(de)漩渦🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，前(qian)💞端流體(ti)是否充(chong)分發展(zhan)将會對(dui)漩渦的(de)特性産(chan)生不确(que)定性的(de)影響，這(zhe)就直接(jie)影響着(zhe)差♍壓信(xin)号的測(ce)量。因此(ci)㊙️,在;孔闆(pan)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(wei)充分發(fa)展對V錐(zhui)流量計(ji)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(jiao)大，即在(zai)🏃‍♂️保證同(tong)樣精度(du)下，V錐所(suo)需要的(de)前直管(guan)段相比(bi)于孔闆(pan)要短。
3總(zong)結
　　對DN100球(qiu)閥+DN100單彎(wan)頭,DN150球閥(fa)+DN150變DN100漸縮(suo)管,DN150球閥(fa)+90°單彎頭(tou)+DN150變D100 漸縮(suo)管,DN150球♈閥(fa)+ 90°單彎頭(tou)+DN150變DN100漸縮(suo)管+90°單彎(wan)頭這四(si)種阻流(liu)件組合(he)形式，通(tong)過改變(bian)前直管(guan)♍段長度(du)對V錐流(liu)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(bian)時,随着(zhe)前直管(guan)段長度(du)變短，流(liu)出系數(shu)相對誤(wu)差随之(zhi)變大。爲(wei)V錐流量(liang)計在以(yi)上四種(zhong)阻流件(jian)組合條(tiao)件下，前(qian)直管段(duan)長度變(bian)化跟流(liu)出系數(shu)的變化(hua)趨勢圖(tu)和雷諾(nuo)數跟流(liu)出系數(shu)的關系(xi)變化👄提(ti)供了參(can)考。通過(guo)對V錐流(liu)量計和(he)孔闆流(liu)量計結(jie)構的模(mo)拟仿真(zhen)對比，得(de)到當孔(kong)闆和V錐(zhui)流量計(ji)的🏃🏻上遊(you)均存在(zai)相🤟同阻(zu)🎯流件時(shi),流體的(de)未充分(fen)發展對(dui)V錐流量(liang)計的測(ce)量産生(sheng)的影響(xiang)較小而(er)對于孔(kong)闆産生(sheng)的影響(xiang)較大，即(ji)在保證(zheng)同樣精(jing)度下,V錐(zhui)所需要(yao)的前😘直(zhi)管段相(xiang)比于孔(kong)闆要短(duan)。

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