摘要(yào)：測量大管(guan)徑、大流量(liang)管道流量(liàng)時常用的(de)各類流量(liàng)計 精度較(jiao)低、價格昂(áng)貴、安裝複(fú)雜。差壓式(shi)流量計應(ying)用廣泛且(qie)造💘價低，但(dan)精度較低(di)，項目旨在(zài)研究差壓(ya)式流量🔅計(jì)用于大🌍管(guan)徑低流🛀速(sù)的液體測(ce)量時會因(yīn)差⭐壓太小(xiǎo)✉️測量精度(dù)低這個缺(quē)點進行改(gai)造。提出利(lì)用彎道布(bu)置流量計(ji)，依據彎道(dao)管💞内水動(dong)力學規律(lü)，研究彎道(dao)内總流量(liang)與旁通管(guǎn)内流量關(guan)系，通過實(shí)驗💋研究率(lü)定設備參(can)數。
1概述
　　近(jìn)年來，我國(guo)大量水利(li)科研工作(zuò)者緻力于(yu)各種流🔴量(liàng)計的研發(fa)，并取得了(le)重大的進(jìn)展，國産流(liú)量計不論(lun)是在性能(neng)上還是在(zài)技術上均(jun1)已經處于(yu)國際領😘先(xiān)水平🈲。但在(zai)測量150mm以上(shàng)🌈口徑的管(guǎn)道流量上(shang)，目前的🌈加(jia)工制造技(jì)術還比較(jiào)落後，不能(néng)生産出滿(man)意的優💋質(zhì)産品。目前(qián)國内外學(xue)者對大管(guan)徑、大流速(sù)的流量㊙️計(jì)開展了廣(guǎng)泛的研究(jiu)，針對矩♈形(xíng)大口徑彎(wān)道流量計(ji)壓強分⭐布(bu)問題，通過(guo)對大量數(shu)據進行處(chù)理，推導♋出(chū)🥵針對不同(tóng)位置、不同(tóng)斷面的大(da)口徑彎道(dao)流量計的(de)流量系🈲數(shu)公式；針對(duì)流量系數(shù)與彎管直(zhí)徑的變化(hua)規律的問(wèn)題，利用RNGK-＆湍(tuān)流模型，研(yán)究了彎管(guǎn)内外壁壓(yā)強沿程分(fèn)布和彎徑(jìng)比♻️對彎道(dào)壓強的影(yǐng)響，進而推(tui)求出不同(tong)彎徑比、不(bu)同管徑💘情(qíng)🌈況下流量(liang)壓差之間(jian)的關系；中(zhong)國計量學(xué)院以50毫米(mǐ)管徑⛷️爲實(shí)驗前提，經(jīng)過大量實(shi)驗研發了(le)一種新型(xíng)的差壓式(shì)流量計-雙(shuāng)錐流量計(ji)，并将Fluent仿🔆真(zhēn)軟件與實(shi)流實驗相(xiàng)結合，研究(jiu)雙錐流量(liang)計流出系(xì)數在雙錐(zhui)直徑比⁉️作(zuò)用下的流(liú)量規律。
2理(lǐ)論分析
　　通(tong)過分析 差(chà)壓式流量(liang)計 精度低(dī)的原因，研(yan)究分析流(liu)速與壓差(cha)的關系式(shì)，運🥵用👅彎道(dao)管内水動(dòng)力學規律(lǜ)，設計一種(zhǒng)新型的彎(wān)道旁通流(liú)量計，以解(jie)決差壓式(shi)流量計用(yòng)于大管徑(jìng)低流速的(de)液體測量(liàng)時會導緻(zhi)差壓太小(xiǎo)從而變測(ce)量不出來(lái)或者測量(liàng)精度低這(zhe)個缺點。理(lǐ)論上，流體(ti)流💞經彎管(guan)，在彎曲部(bù)分的任意(yi)一個圓截(jié)面上産生(sheng)的動量矩(jǔ)是大緻相(xiàng)同的。但由(you)于彎道離(li)心力的作(zuo)用，流體在(zai)彎道内外(wài)兩側之間(jian)将産生一(yī)定的壓力(lì)差，促♉使流(liu)體在旁通(tōng)管内流動(dòng)。當彎道内(nei)總流量不(bu)同時，旁通(tong)管流量大(dà)小存在較(jiao)大差異，旁(pang)通管内🐅流(liú)量大小取(qu)決于彎道(dao)内總流量(liang)。
2.1彎道管内(nei)水流運動(dòng)規律
　　爲避(bì)免複雜的(de)彎道水流(liu)運動對實(shí)驗研究産(chan)生的✏️不利(li)因素，現假(jiǎ)設彎道内(nei)的水流爲(wèi)理想流體(tǐ)且爲恒定(dìng)流，各種運(yùn)動要素均(jun)不随時間(jiān)改變，彎管(guǎn)内的水流(liu)随水流的(de)運動得以(yǐ)充分發展(zhǎn)。因水流受(shòu)到彎管内(nei)壁的約束(shu)作用，當彎(wān)管通水時(shi)，該作用迫(po)使水流改(gǎi)變原趨🥵勢(shi)運動方向(xiang)，随着此約(yue)束的不斷(duan)增強，水流(liú)沿彎道作(zuò)急變流曲(qu)線運動。根(gen)據以上分(fen)析：彎🔞道管(guan)内的水流(liu)運動實際(jì)上是理想(xiǎng)流體所作(zuo)的曲線有(you)勢運動，且(qie)該運動以(yǐ)彎道曲率(lǜ)爲♍中心。進(jin)一步分析(xī)分布于該(gāi)彎管中任(rèn)意過水斷(duàn)面的水流(liú)如下：在彎(wān)道中任取(qu)n-n過水斷面(mian)，并于水平(píng)線成夾角(jiǎo)α，在所截取(qǔ)的過水斷(duàn)面上取一(yī)⛷️微分柱體(tǐ)，設彎管同(tong)一過水斷(duan)面内、外兩(liang)點的流速(sù)與壓強分(fen)别爲v1、v2和p1、p2，彎(wān)管的内半(bàn)徑爲🍉r0，彎道(dào)中任意點(dian)的流速爲(wei)u0，管道截面(mian)内任🌈意一(yi)點距圓形(xing)📧管道中心(xīn)的距離爲(wèi)r，該微分柱(zhù)體兩㊙️端形(xing)心點離基(jī)準面高度(du)分别爲z1和(hé)z2，作用在微(wei)分柱💃體上(shang)🏃🏻的力在n方(fāng)向上的投(tou)影分别爲(wèi)該柱✌️體兩(liǎng)端面⭕上的(de)動水壓力(li)與，其自重(zhòng)沿n方🔞向的(de)投影，其所(suǒ)受的離心(xīn)慣性力爲(wei)，在理想流(liú)體的勢流(liú)流🈲動中，由(yóu)于n方向與(yu)流線正交(jiāo)，此方向上(shàng)各力代數(shù)和爲零，有(you)：

　　由以上推(tuī)導有：曲率(lü)中心越近(jìn)，流速越大(da)，壓強越小(xiao)，旁通管💰内(nei)👉流量較小(xiǎo)；反之，則流(liú)速越小，壓(ya)強越大，旁(páng)通管内流(liu)💋量較大。
2.2研(yán)究方法
　　從(cóng)研究彎道(dao)管内水流(liú)運動規律(lü)出發，根據(ju)現有的研(yán)👌究技術嘗(chang)試性的研(yan)究彎道角(jiao)度、管道直(zhi)徑、流速對(dui)彎管内總(zǒng)流量與🥰旁(páng)通管内流(liú)量關系的(de)影響，研🌈發(fā)出該裝置(zhi)，進🥰行實驗(yàn)驗證與分(fèn)析，利🌈用能(néng)量方程、動(dòng)量方程，最(zui)終結合實(shí)驗數據得(dé)出彎道内(nèi)總流量📱與(yu)旁通管内(nèi)流量關系(xì)，從而提高(gāo)對大🛀管徑(jing)低流速的(de)液體進行(háng)流量測定(ding)時的精度(dù)。假設彎管(guǎn)内的流體(ti)爲不可壓(ya)縮的實際(ji)流🔞體，其可(kě)連續穩定(ding)的流經彎(wan)管，彎管内(nèi)流動的流(liú)體滿足連(lián)續性方程(cheng)、能量方⭐程(chéng)和動量方(fāng)程等。綜上(shang)⛷️可見，對于(yú)既定的彎(wān)管，通過測(ce)定流體流(liú)經彎管時(shi)産生的壓(yā)力差和流(liu)體相關參(can)數，利用電(dian)⭕磁流量計(jì)測出⭐旁通(tōng)管流量，繼(ji)而推求♋出(chu)主管道内(nèi)總流量。
3流(liú)量關系公(gōng)式的實驗(yàn)驗證
　　彎道(dào)内總流量(liang)-旁通管内(nèi)流量實驗(yàn)裝置的設(shè)計：
　　爲了對(duì)推導流量(liang)關系基本(běn)公式進行(hang)實驗驗證(zhèng)、并☁️對基本(ben)公式中流(liu)量參數的(de)變化規律(lü)進行研究(jiu)，采用實驗(yàn)裝置進行(hang)了實驗測(cè)量。測量儀(yí)器準備就(jiu)緒後，開啓(qi)🏃水泵向管(guǎn)路中充水(shuǐ)。按不同開(kai)度打開控(kong)制閥門，待(dai)管道中水(shui)流❓穩定後(hou)，使經濟流(liu)速💃🏻分别控(kong)制在，同時(shi)分别讀取(qu)電磁流量(liàng)計和電子(zǐ)渦輪流量(liang)計🔴的讀數(shù)。當閥門達(dá)到最大開(kai)度✔️後，再逐(zhú)漸關閉控(kòng)制閥門，按(an)同樣方法(fǎ)讀取和記(ji)錄測量😘數(shù)據。取同一(yī)開度♌兩次(ci)數據平均(jun)值作爲該(gāi)開度下的(de)測量數據(jù)。
4測試結果(guo)分析
　　經過(guo)多次模拟(ni)及模型試(shì)驗，通過改(gai)變彎管上(shang)測壓孔的(de)位置與❌彎(wān)道管徑，即(jí)改變壓力(li)作用點，改(gǎi)變彎管總(zǒng)流量發現(xiàn)：
　　當流體進(jin)入彎管後(hou)，因爲彎道(dao)外壁對流(liú)體産生一(yī)定的導👄流(liu)作用，流體(ti)在作圓周(zhōu)運動時所(suǒ)産生的離(li)心力作用(yong)于彎管的(de)内外兩側(ce),使彎道内(nei)外兩側産(chan)生一個🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓(yā)力差，這個(gè)壓力差促(cù)使流體在(zai)旁通管内(nèi)流動， 電磁(cí)流量計 測(cè)量流經旁(pang)通管内的(de)流量，測壓(yā)孔取在彎(wān)管45°截面時(shi)旁🧑🏾‍🤝‍🧑🏼通管内(nèi)流量達到(dào)最大，最穩(wen)定；測壓孔(kong)取在彎管(guan)22.5°截面時旁(pang)通💞管内流(liú)量測量值(zhí)誤差較大(da)，但具有較(jiao)好的重現(xiàn)性；測壓孔(kǒng)取在彎管(guan)67.5°截面時旁(pang)通管内流(liú)量測量誤(wu)差值呈發(fa)散現象。
5結(jie)論與展望(wàng)
5.1結論
　　本設(shè)計采用模(mo)拟與模型(xing)試驗相結(jie)合的方法(fǎ)綜合分析(xi)研❗究了管(guǎn)道彎道旁(pang)通流量計(ji)的特性并(bing)得出以下(xia)主要結論(lùn)：
（1）由于彎道(dào)離心力的(de)作用，流體(ti)在彎道内(nèi)外兩側之(zhi)🏒間♻️将産生(sheng)📞一✂️定的壓(yā)力差，促使(shǐ)流體在旁(pang)通管内流(liu)動。
（2）當彎管(guǎn)内總流量(liang)不同時，旁(páng)通管流量(liang)大小存在(zai)較大差🌏異(yi)，此流量的(de)大小與彎(wān)管内總流(liu)量有關。
（3）通(tong)過觀測旁(páng)通所聯通(tong)的電磁流(liu)量計讀數(shù)，确定小🚩彎(wan)管内的流(liú)量，根據模(mó)拟出的大(dà)小彎管之(zhī)間的流量(liàng)大小關系(xì)，從👉而推知(zhi)管道内總(zǒng)流量，且測(ce)壓孔取🌈在(zai)彎管45°截面(miàn)時，所推求(qiú)的管道内(nei)總流量與(yǔ)實際流🐆量(liang)誤差最小(xiao)。本課題創(chuang)造性的提(ti)出利用彎(wān)道布置流(liu)量計，依據(jù)彎道管内(nei)水動力學(xué)規律，研究(jiu)彎道内✌️總(zong)流量與旁(páng)通管内流(liú)量關系，通(tong)過實驗研(yan)究率定設(shè)備參數，應(ying)用前景廣(guang)闊。
5.2展望
　　需(xū)要指出的(de)是，管道彎(wan)道旁通流(liu)量計是一(yi)種新型❌的(de)結構型式(shì)，目前在此(cǐ)方面的國(guó)内外的理(li)論研究🐕和(hé)實踐較少(shǎo)，因此，要使(shǐ)這種新型(xíng)結構盡快(kuai)得到廣泛(fan)使用🐇，還需(xū)要進一步(bu)🎯深入探☎️讨(tao)。本設計模(mó)拟與模型(xing)試驗對管(guǎn)道彎道旁(pang)通流量計(ji)的特性進(jìn)行了研📱究(jiū)，但仍有不(bu)足之處，在(zai)以後的研(yan)究中可以(yǐ)從以下幾(ji)方面考慮(lü)：
（1）本設計中(zhong)以恒定理(lǐ)想液體爲(wei)基礎進行(háng)的試驗，但(dàn)在實際工(gong)程中，流體(tǐ)通常爲非(fēi)恒定流，因(yīn)此，以後的(de)研究應在(zài)非恒定流(liú)作用🛀下進(jin)行。
（2）本設計(jì)中采用的(de)彎道管徑(jing)爲200mm和300mm，在以(yi)後的研究(jiu)應采用管(guan)徑更大的(de)彎管進行(háng)試驗，以調(diào)整參數的(de)變♊化的🔱範(fan)圍，使經👌驗(yan)公☁️式具有(you)普遍适用(yong)性。

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