摘要:利用常(cháng)壓氣體作爲流動(dong)介質，以流出系數(shù)平均相對✏️誤♊差⭕、線(xian)性度和不确定度(dù)爲評價指标，通過(guò)🔞實流實驗。研究上(shang)遊組合🈲管件對V 錐(zhui)流量計 測量性能(néng)的影響。在上遊相(xiàng)同阻流件條件下(xià)建模🛀仿真,對V錐㊙️流(liú)量計和孔闆流量(liang)計的結構進行對(dui)比。
0引言
　　V錐流量計(ji)尚未實現國際國(guó)内甚至行業範圍(wei)内的🌐标準化，目前(qian)僅獲得加拿大工(gōng)業部的天然氣密(mì)閉管輸♌交接準入(rù)認可、美國機械工(gōng)程師協會的制造(zào)認可等✔️。自2003年以來(lái),國内也在積極開(kāi)展對V錐流量計🔴的(de)推廣和使用工作(zuò)，然而生産廠家對(duì)量程比、壓力損失(shī)、精度等關鍵技術(shù)指标乃至安裝條(tiao)件都直接♍采取美(měi)國MeCrometer公司☎️産品說明(míng)書的💘方式。國内關(guan)于V錐流量計安裝(zhuang)使用條件的實⁉️驗(yan)研究鮮見報道。
　　對(duì)DN100球閥+ DN100單彎頭, DN150球閥(fa)+ DN150變DN100漸縮管,DN150球閥+ 90°單(dan)彎頭+ DN150變D100漸縮管, DN150球(qiu)閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮(suo)管+ 90°單彎頭這四種(zhong)阻流件組合形式(shì),通過改變前直管(guǎn)段長度對V錐流量(liàng)計的測量精度進(jìn)行實🐅流實驗，從而(er)得出在上述四種(zhǒng)阻流件組合的工(gōng)況,V錐流量計的測(cè)量性能變化趨勢(shi)。　還通過模拟仿真(zhen)對V錐流量計和 孔(kong)闆流量計 的結構(gòu)進行對比。
1安裝條(tiao)件對V錐流量計測(cè)量精度影響的實(shí)驗研究
1.1 V錐流量計(jì)的基準實驗
　　用于(yu)V錐流量計直管段(duan)長50D,後直管段長3D,管(guǎn)道内流體流動爲(wèi)充分發展的淌流(liu)狀态06團團團[51。前期(qi)大量文獻表🐪明，前(qian)直管段長度達到(dào)50D時,可以認爲流場(chang)已經充分發展:同(tong)時，後直管❄️段達到(dào)3D,不會影響V錐量計(jì)的流出系數🥵。故上(shang)遊阻流件實驗結(jie)果均按照前直管(guan)段50D,後直管段♉3D爲基(jī)準進行比較，從而(ér)得到流出系數和(hé)流出系數🌈相🚶‍♀️對誤(wù)差的變化情況。
1.2.上(shang)遊阻流件對V錐流(liú)量計測量精度影(yǐng)響的實驗研究.
1.2.1. 上(shàng)遊阻流件類型一(yī) DN100球閥+ DN100單彎頭的實(shi)驗研究
　　阻流件類(lèi)型爲DN100球閥+ DN100單彎頭(tou)的雷諾數流出系(xi)數曲線圖如圖1所(suǒ)💘示，從圖中可以看(kan)出,在雷諾數大于(yu)80 000時❄️随着🈲前直管段(duan)長度🙇🏻的縮短，流出(chu)系數呈遞增趨勢(shi):當雷諾數小于80 000時(shí)，流出系數随前直(zhi)管段長度變化🐕無(wu)明顯增減趨勢,無(wú)法進行有規律的(de)判斷。同時和基準(zhun)實驗數據相差比(bi)較大,當雷諾數在(zai)250 000那點時,基準實驗(yàn)的數據和其他的(de)很接近。

　　從表1可以(yi)看出，當直管段長(zhǎng)度小于3D時，随着直(zhi)管段長⛹🏻‍♀️度的🎯縮短(duǎn)，平均相對誤差呈(chéng)遞增趨勢:當直管(guan)段長度大于3D時，平(ping)均相對誤差變化(hua)不大。此變化趨勢(shi)也可見圖2所示。

1.2.2上(shàng)遊阻流件類型- -DN150 球(qiu)閥+ DN150變DN100漸縮管的實(shi)驗研究
　　阻流件類(lèi)型爲DN150 球閥+ DN150變DN100漸縮(suō)管的雷諾數流出(chū)系數✉️曲線圖如🌈圖(tu)♋3所示，從圖中可以(yi)看出,随着前直管(guan)段長度🏃‍♂️的改變,流(liú)💁出系數基🔞本不變(biàn)，但略小于基準實(shi)驗流出系數。

　　從表(biao)2和圖4可以看出,在(zài)該工況下，雖然存(cún)在流.出系數🧑🏽‍🤝‍🧑🏻相對(duì)誤差,但前直管段(duan)長度對流出系數(shù)的影響基本可以(yǐ)忽略👅，且相對誤差(cha)也不是很大。

1.2.3. 上遊(yóu)阻流件類型- -DN150球閥(fa)+90*單彎頭+DNI50變D100漸縮管(guan)的實驗研究
　　阻流(liú)件類型爲DN150球閥+90°單(dan)彎頭+ DN150變DN100漸縮管的(de)雷諾數流出系數(shù)🐉曲線圖如圖5所示(shi)，從圖中可以看出(chū),随着前直管段長(zhǎng)度的縮短，流出系(xì)數呈遞減趨勢。

　　從(cong)表3和圖6可以看出(chu)，随着前直管段長(zhǎng)度的增長，流出系(xì)☔數相對誤差呈減(jiǎn)小趨勢。


1.2.4. 上遊阻流(liú)件類型一-DN150球閥+90°單(dān)彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單(dān)彎頭🔴的🈲實驗研究(jiū)
阻流件類型爲DN150球(qiu)閥+ 90°單彎頭+ DN150變DN100漸縮(suō)管+90°單彎頭的雷👈諾(nuo)數流出系數曲線(xian)圖如圖7所示，流出(chu)系數均略大于基(ji)🌈準實驗流出系🔞數(shù)，且🧑🏾‍🤝‍🧑🏼改變前直管段(duàn)長度對流出系數(shu)的影響很小。

從表(biao)4和圖8可以看出，平(píng)均相對誤差與前(qián)直管段長度🚶無明(míng)顯🎯關系，且偏差均(jun)不大。

2V錐流量計和(he)孔闆流量計結構(gòu)的模拟仿真對比(bi)
　　V錐流量計作爲一(yī)-種新型的差壓式(shi)流量計,其工作原(yuan)理🤟和孔㊙️闆流量計(jì)相同。介質通過V錐(zhui)時,由于阻流件V錐(zhuī)的存在，使🐉得流體(ti)的流過面積發生(sheng)變化，從而流速發(fa)生變化。根據伯努(nǔ)利方程，流速的變(bian)化引起🐅.壓力的變(biàn)化，該壓力的變化(hua)與🧡介質的流🤩速之(zhī)間存在一

　　變DN100漸縮(suō)管+90°單彎頭的流出(chū)系數相對誤差曲(qu)線定的關系‼️。因此(cǐ)，可通過測量錐體(tǐ)前後的差壓達到(dao)測量🏃‍♂️流體流量的(de)目的。雖然與孔闆(pan)原理一樣，但是最(zui)本質的區别在于(yu)🚶孔闆爲中心收📱縮(suo)型節流裝置,而V錐(zhuī)🏃‍♂️爲邊壁收縮型節(jie)流裝置。
　　測量範圍(wei)窄是制約孔闆流(liú)量計使用的主要(yao)原因🌈。--方面由于孔(kong)闆的流出系數随(suí)雷諾數的變化而(ér)變化較大,另一方(fang)面孔闆的突然節(jiē)流導緻孔闆後産(chǎn)生較大的漩渦，該(gāi)漩渦🍉的存在直接(jiē)導⛹🏻‍♀️緻測量的差壓(yā)信号噪聲較大;而(er)V錐流量計克服了(le)以上的缺點✊。如圖(tú)9所示,V錐流量計是(shì)由與管道同軸💘的(de)内部節流件V錐和(he)取壓裝置組成，流(liú)體經㊙️過時并不像(xiàng)孔闆那樣突然改(gǎi)變流體的流動狀(zhuàng)态，而是介質随着(zhe)錐體的☁️方向向邊(biān)壁收縮，該錐體起(qi)到調整介質流動(dong)狀态的作用,重塑(su)了流束曲線，使流(liu)體的流動更😄加穩(wěn)定。實踐證明，相比(bi)于孔闆流量計,V錐(zhuī)流量🌈計的流出系(xì)數随雷諾數的變(biàn)化基本不變，且需(xū)要較短的前直管(guan)段。

　　實流實驗的結(jié)果表明，即使上遊(yóu)存在各種不同類(lèi)型的阻流件時,對(duì)于V錐流量計來說(shuō)隻需3D的前直管段(duàn)即可保證計量精(jīng)度在+0. 5%的範圍之内(nei),而對于孔闆來說(shuo)則需要10D甚💋至30D的前(qián)直管段才能達✏️到(dào)同V錐的同等精度(du)。爲了更好的從本(běn)質上來分析兩種(zhǒng)差壓式🐅流量計的(de)差異，采用CFD軟件Fluent分(fèn)别對兩種流量計(ji)在上遊存在相同(tong)阻流件即球閥+90°彎(wan)頭)時的情況進行(hang)建模仿真。仿真的(de)錐體和孔闆部分(fèn)的♌壓力雲圖以及(ji)速度矢量圖如圖(tú)10至圖13所示。

　　對比圖(tú)10與圖12不難發現，V錐(zhui)的下遊取壓在錐(zhui)體尾部☀️，避開了漩(xuán)渦較大的區域,處(chu)在一個速度較爲(wèi)平穩的區域。而孔(kǒng)闆的下遊取👨‍❤️‍👨壓剛(gāng)好處在漩渦區域(yù)，漩渦的存在導緻(zhi)了孔闆下遊的壓(ya)力信号的采集存(cún)在較大的幹擾。因(yin)此，采用同樣的差(cha)壓變送器對兩種(zhǒng)流量計進行測量(liàng)時,V錐流量計的差(chà)‼️壓信号的信噪比(bǐ)要明顯高🏒于孔闆(pǎn)。
　　如此，在流體流過(guò)V錐時，流體介質的(de)方向會随着錐體(tǐ)的邊壁慢慢向管(guǎn)壁收縮，如圖11所示(shì)，流過錐體之後形(xíng)成漩渦，無👣論錐體(ti)前端的流體的流(liu)動是否得到充分(fèn)✏️發展，在錐體尾🐅部(bu)還是會存在🌐一個(ge)速度相㊙️對平穩的(de)區域。而對于孔闆(pǎn)而言，它的這種結(jié)構使得流束在管(guǎn)道中心突然收縮(suō)，在下遊取壓處産(chan)生較大的漩渦，前(qian)端流體是否充分(fen)發展将會對漩渦(wō)的特性産生不确(que)定性的影響，這就(jiu)💜直接影響着差🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓(ya)👨‍❤️‍👨信号的測量。因此(ci),在;孔闆和V錐流量(liang)計的上遊均存在(zài)相同阻流件時，流(liú)體的未充分發展(zhan)對V錐流量🈲計的測(ce)量産生的影響較(jiao)小，而對于孔闆産(chǎn)生的影響較大，即(jí)在保證同樣精☀️度(du)下，V錐所需要的前(qian)直管🐕段相比于孔(kǒng)闆要短。
3總結
　　對DN100球(qiú)閥+DN100單彎頭,DN150球閥+DN150變(bian)DN100漸縮管,DN150球閥+90°單彎(wan)頭+DN150變D100 漸縮管,DN150球閥(fá)+ 90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管(guan)+90°單彎頭這四種阻(zu)流件組合形式，通(tōng)過改❗變前💃🏻直管段(duàn)長度對V錐流量計(ji)的測量精度進行(hang)實流實驗,發現當(dang)後直管㊙️段長度不(bú)變時,随着前直管(guan)段長度變短，流出(chū)系數相🌈對誤差随(sui)之變大。爲V錐流量(liàng)計在以✨上四種阻(zu)流件組合條件🐉下(xia)，前直管段🔴長度變(biàn)化跟流出系數的(de)變化趨勢圖和雷(léi)諾數🈲跟流出系數(shu)的關系變化提供(gong)了參考。通過對V錐(zhui)流量計和孔闆流(liu)量計結構的模拟(ni)仿真對比，得到當(dāng)孔闆和V錐流量計(jì)的上遊均存在相(xiang)同阻流件時,流體(ti)的未充分發展對(dui)V錐流量計的測量(liang)産生的影響較小(xiao)而對于孔闆産生(shēng)的影響較大，即在(zai)保證同樣精度下(xià),V錐所需要的前直(zhi)管段相比于孔💞闆(pǎn)要短。

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