摘要：測量大管徑(jing)、大流量管道流量(liang)時常用的各類流(liú)量計 精度較低、價(jià)格昂貴、安裝複雜(za)。差壓式流量計應(ying)用廣🚩泛且造價低(di)，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(ya)太小測量精度低(dī)這個缺點🔞進行改(gai)造。提出利用彎道(dao)布置流量計，依據(ju)彎道管💛内水動力(lì)學規律，研究彎道(dào)内總流量與旁通(tong)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(ji)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(dàn)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(bu)🌈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(jì)壓強分布問題，通(tong)過對大量數據進(jin)行處理，推導出針(zhēn)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(zhí)徑的變化規律的(de)問題，利用RNGK-＆湍流模(mó)型，研究了彎🔞管内(nei)外壁🚶壓強沿程分(fen)😄布和彎徑比對彎(wan)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(zhī)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(fā)了一種新型的差(cha)壓式流量計-雙錐(zhui)流量計，并将Fluent仿真(zhēn)軟件與🚶‍♀️實流實🈲驗(yàn)相結合，研究雙🛀錐(zhuī)流量計流出系數(shù)在雙錐直徑比作(zuo)用下的🔆流量規律(lü)。
2理論分析
　　通過分(fen)析 差壓式流量計(ji) 精度低的原因，研(yán)究分析流速與壓(yā)差的關系式，運用(yòng)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(yú)大管徑低流速的(de)🏃液體測量時會導(dao)緻差壓太小從而(er)變測量不出來或(huo)者測量精度低這(zhe)個缺點。理論上，流(liú)體流經彎管，在彎(wān)曲部分的任㊙️意一(yi)個圓截面上産生(shēng)的動量矩是大緻(zhi)相同的。但由于彎(wān)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(cù)使流體在旁通管(guǎn)内流動。當彎道内(nèi)總🏒流量不同時，旁(páng)通管流量大小存(cún)🔞在較大差異，旁通(tong)管内流量大小取(qu)決于彎道内總流(liú)⚽量。
2.1彎道管内水流(liú)運動規律
　　爲避免(miǎn)複雜的彎道水流(liu)運動對實驗研究(jiu)産生的不利因素(sù)，現♌假設彎道内的(de)水流爲理想流體(ti)且爲💋恒定流，各種(zhǒng)運動要素均不随(sui)時間改變，彎管内(nei)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(shu)的不斷增強，水流(liu)沿彎道作急變流(liu)曲線運動。根據以(yi)上分析：彎道管内(nei)的水流運動實際(ji)❓上是理想流體所(suo)作的曲線有勢運(yùn)動，且該運動以彎(wan)道曲率爲中心。進(jìn)一步分析分布于(yu)該彎管中任意過(guo)🔞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(shui)平線成夾角α，在所(suǒ)截取的過水斷面(mian)上取一💔微分柱體(tǐ)，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(xin)的距離爲r，該微分(fen)柱體❗兩📞端形心點(diǎn)離基準面🔴高度分(fen)别爲z1和z2，作用在微(wēi)分柱體上的力在(zai)n方向上的投影分(fen)别爲該柱體兩端(duan)面上的動水壓力(lì)與，其自重沿n方向(xiang)的投影，其所受的(de)離心慣性力爲，在(zai)理想流體的勢流(liú)🔞流💛動中，由㊙️于n方向(xiang)與流線正交，此方(fang)向上各力代數和(he)爲零，有：

　　由以上推(tuī)導有：曲率中心越(yuè)近，流速越大，壓強(qiáng)越小，旁通管内流(liú)量較小；反之，則流(liu)速越小，壓強越大(dà)，旁通管内流量較(jiao)大。
2.2研究方法
　　從研(yan)究彎道管内水流(liu)運動規律出發，根(gēn)據現有的研究技(ji)🌍術嘗試性的研究(jiu)彎道角度、管道直(zhí)徑、流速對彎管内(nèi)🈚總流量與旁通管(guǎn)内流量關系的影(ying)響，研㊙️發出該裝置(zhì)，進行實驗驗證與(yu)分析，利用能量方(fang)程、動量方程，最終(zhong)結合實驗數據得(dé)出彎道内總流量(liang)與旁通管内流量(liàng)關系，從而提高對(dui)大❄️管徑低流速的(de)液體進行流量測(ce)定時的精度。假設(shè)彎管内的流體爲(wèi)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(liang)方程等。綜上📞可見(jiàn)，對于既定的彎管(guǎn)，通過測定流體流(liú)經彎管時産🏃‍♂️生的(de)壓力差和流體相(xiàng)關參數，利用電磁(cí)流量計測出旁通(tong)管流量，繼而推求(qiu)🤞出主管道内總流(liú)量。
3流量關系公式(shì)的實驗驗證
　　彎道(dào)内總流量-旁通管(guan)内流量實驗裝置(zhì)的設計：
　　爲了對推(tui)導流量關系基本(ben)公式進行實驗驗(yan)證、并對基本公式(shi)中流量參數的變(bian)化規律進行研究(jiu)，采用實🔴驗裝置進(jìn)行了🔱實驗測量。測(ce)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(fá)門，待管道中水流(liú)穩定後，使經濟流(liú)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(da)開度後，再逐漸關(guan)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(ju)。
4測試結果分析
　　經(jīng)過多次模拟及模(mo)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(yòng)點，改變彎🛀🏻管總流(liú)量🈲發現♻️：
　　當流體進(jìn)入彎管後，因爲彎(wān)道外壁對流體産(chǎn)生一⭐定的導流😄作(zuò)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(chǎn)生一個壓力差，這(zhe)個壓力差促使流(liu)體在旁通管内流(liu)動， 電磁流量計 測(cè)量流經旁通管内(nèi)的流量，測壓孔取(qu)在彎管45°截面時旁(pang)通管内流量達到(dào)最大，最穩定；測壓(yā)孔取在彎管22.5°截面(mian)時旁通管内流量(liang)測量值誤差較大(dà)，但具有較好的重(zhòng)現性；測壓孔✍️取在(zai)彎管67.5°截面時旁通(tong)管内流量測量誤(wù)差值呈發散現象(xiang)。
5結論與展望
5.1結論(lun)
　　本設計采用模拟(nǐ)與模型試驗相結(jie)合的方法綜合分(fèn)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(yòng)，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(guǎn)内流🏃🏻動。
（2）當彎管内(nei)總流量不同時，旁(páng)通管流量大小存(cun)在較大差異，此🐉流(liú)量的大小與彎管(guan)内總流量有關。
（3）通(tōng)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(guan)之間的流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量大❄️小(xiao)關系，從而推💋知管(guǎn)道内總流量，且測(cè)壓孔取在彎管45°截(jié)面時⚽，所推求的管(guan)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(guan)内流量關系，通過(guò)實驗研究☂️率定♻️設(she)備參數，應用前景(jing)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(miàn)的國内外的理論(lun)研究🔞和實踐較少(shao)，因此，要使這種新(xīn)型結構盡快得到(dao)廣泛使用，還需要(yao)進一步深入探讨(tǎo)。本設計模拟與模(mo)型試驗對管道彎(wan)道旁通流量計的(de)特性❗進行了研究(jiū)，但仍有不🈲足之處(chu)，在以✍️後的研究中(zhōng)可以從以下幾方(fāng)面考慮：
（1）本設計中(zhong)以恒定理想液體(ti)爲基礎進行的試(shi)驗，但在實際工程(chéng)中，流體通常爲非(fēi)恒定流，因此，以後(hòu)的研究應在非恒(heng)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(zài)以後的研究應采(cai)🧡用管徑更大的彎(wān)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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