摘要:利用常(cháng)壓氣體作爲流動(dòng)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(guo)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(xiang)同阻流件條件下(xià)建模仿真,對V錐流(liú)量計和孔闆流量(liàng)計的結構進行對(duì)比。
0引言
　　V錐流量計(ji)尚未實現國際國(guo)内甚至行業範圍(wei)内的标準♈化，目前(qián)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(zao)認可等。自2003年以來(lái),國内也在積極開(kai)展對V錐流量計🏃🏻‍♂️的(de)推廣和使用工作(zuo)，然而生産廠家對(dui)量程比、壓力損失(shi)、精度等關鍵技術(shu)指标乃至安裝條(tiáo)件都直接采取美(měi)國MeCrometer公司産品說明(míng)書的方式。國内關(guān)于V錐流量計安裝(zhuang)🈲使用條件的實驗(yàn)研究鮮見報道。
　　對(duì)DN100球閥+ DN100單彎頭, DN150球閥(fá)+ DN150變DN100漸縮管,DN150球閥+ 90°單(dan)彎頭+ DN150變D100漸縮管, DN150球(qiú)閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮(suo)管+ 90°單彎頭這四種(zhǒng)阻流件組♉合形💞式(shi),通過改變前直管(guan)🙇‍♀️段長度對V錐流量(liàng)計的測量精度進(jin)行實㊙️流實驗，從而(er)得出在上述四種(zhong)阻流🐆件組合的☂️工(gong)況,V錐流量計的測(ce)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(tiáo)件對V錐流量計測(ce)量精度影響的實(shí)驗研究
1.1 V錐流量計(ji)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(qián)直管🆚段長🔞度達到(dao)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(guǎn)👣段50D,後直管段3D爲基(jī)準進行比較，從而(er)得到流出系數和(hé)流出系數相對誤(wu)差的變化情況。
1.2.上(shang)遊阻流件對V錐流(liu)量計測量精度影(yǐng)響的實驗研究.
1.2.1. 上(shang)遊阻流件類型一(yi) 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(kàn)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(chū)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(zhí)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(zhǔn)實驗數據相差比(bǐ)較大,當雷諾數♈在(zai)250 000那點時,基❗準實驗(yan)的數據和其他的(de)很接近。

　　從表1可以(yǐ)看出，當直管段長(zhǎng)度小于3D時，随着直(zhí)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(píng)均相💃🏻對誤差變化(huà)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(qiú)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(yǐ)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(cun)在流.出系數相對(duì)誤差,但前直管段(duan)長度對流出系數(shu)的影響基本可以(yi)忽略，且相㊙️對誤差(chà)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(liu)件類型爲DN150球閥+90°單(dān)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(shì)，從圖中可以看出(chū),随着前🌂直管段長(zhang)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(zhang)度的增長，流出☀️系(xi)數相💛對誤差呈減(jian)小趨勢。


1.2.4. 上遊阻流(liu)件類型一-DN150球閥+90°單(dān)彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單(dan)彎頭的💃🏻實驗研究(jiu)💞
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(jī)👉準實驗流出系數(shu)，且改變前直管段(duan)長度對流出系數(shù)☔的影響很小。

從表(biǎo)4和圖8可以看出，平(ping)均相對誤差與前(qián)直管段長度無明(ming)顯關系，且偏差均(jun)不大。

2V錐流量計和(he)孔闆流量計結構(gou)的模拟仿真對比(bǐ)
　　V錐流量計作爲一(yi)-種新型的差壓式(shì)流量計,其工作原(yuan)理和孔闆流量計(ji)相同。介質通過V錐(zhui)時,由于阻流件V錐(zhui)的存在，使得流體(ti)的流過面積發生(shēng)變化，從而流速發(fā)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(huà)與介質的流速之(zhi)間存在一

　　變DN100漸縮(suo)管+90°單彎頭的流出(chu)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(pǎn)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(jiē)流裝置。
　　測量範圍(wei)窄是制約孔闆流(liu)量計使用的主要(yào)原因。--方面由于孔(kǒng)闆的流出系數随(suí)雷諾數的變化而(ér)變化較大,另一方(fāng)💁面孔⚽闆的突然節(jie)流導緻孔闆後産(chan)生較大的漩渦👉，該(gāi)漩渦的存在直接(jie)導🔱緻測量的差壓(ya)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(liu)體經過時并不像(xiang)孔闆那樣突然改(gǎi)變流體的流動狀(zhuang)态，而是介質随着(zhe)錐體的方向向邊(bian)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(wen)💃🏻定。實踐證明，相比(bi)于孔闆流量計,V錐(zhui)流量計的流出系(xì)數随雷諾🐆數的變(bian)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(you)存在各種不同類(lei)㊙️型🌐的阻✏️流件💛時,對(dui)于V錐流量計來說(shuo)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(shuō)則需要10D甚至30D的前(qian)直管段才能達到(dao)同V錐的同💃🏻等精度(du)。爲了更好的從本(ben)質上來分析兩種(zhong)差壓式💛流量計的(de)差🥰異，采用CFD軟件Fluent分(fen)别對兩種流量計(ji)在上遊存在相同(tong)阻🍓流件即球閥+90°彎(wān)頭)時的情況進🏃🏻‍♂️行(háng)建模仿真。仿🏃‍♂️真的(de)錐🈲體和孔☔闆部分(fen)的壓力雲圖以及(jí)🈲速度矢量圖如圖(tu)10至💋圖13所示。

　　對比圖(tú)10與圖12不難發現，V錐(zhuī)的下遊取壓在錐(zhuī)體尾部🥰，避開了🈲漩(xuan)渦較大的區域,處(chù)在一個速度較爲(wèi)平穩的區😍域。而孔(kong)闆的下遊取壓剛(gāng)好處在漩渦區域(yu)，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(yīn)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(guo)V錐時，流體介質的(de)方向會随着錐體(ti)🐆的邊壁慢💯慢向管(guǎn)壁收縮，如圖11所示(shì)，流過錐體之後形(xing)成漩渦，無論錐體(ti)前端的流體的流(liu)動是否得到充分(fen)發展，在錐體尾部(bù)還是會存在一個(gè)速度相對平穩的(de)區域。而對于孔闆(pǎn)而言，它的這種結(jie)構使得流束在管(guan)🥵道中心突然收縮(suo)，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(wo)的特性産生不确(que)定性的影響，這就(jiù)直接影響着差壓(yā)信号的測量。因此(ci),在;孔闆和V錐流量(liàng)計的上遊均🈲存在(zai)相同阻流件時，流(liu)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(chan)生的影響較大，即(jí)在保證同樣精度(du)☂️下，V錐所需要的前(qián)直管段相🌏比于孔(kong)闆要短。
3總結
　　對DN100球(qiu)閥+DN100單彎頭,DN150球閥+DN150變(biàn)DN100漸縮管,DN150球閥+90°單彎(wan)頭+DN150變D100 漸縮管,DN150球閥(fa)⭕+ 90°單彎🈲頭+DN150變DN100漸縮管(guǎn)+90°單彎頭這四種阻(zǔ)流件組合形式，通(tong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼過改變前直管段(duan)長度對V錐流量計(jì)的測量精度進行(háng)實流實驗👌,發現當(dāng)後直管段長度不(bu)變時,随着前直管(guan)段長度變短，流出(chu)系數相對誤差随(suí)✨之變大。爲V錐流量(liang)計在以上四種阻(zǔ)流件組合條件下(xià)，前直管段長度變(bian)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(zhuī)流量計和孔🔴闆流(liú)量計結構的模⁉️拟(nǐ)仿真對比，得到當(dāng)🏃🏻‍♂️孔闆和V錐流量計(jì)的🙇‍♀️上遊均存在相(xiàng)同阻流件時,流體(ti)的未充分發展對(duì)V錐流量計的測量(liàng)産生的影響較🏃‍♀️小(xiǎo)而對于孔闆産生(sheng)的影響較大，即在(zài)保證同樣精度下(xia),V錐所需要的前直(zhi)管段相比于孔闆(pǎn)要短。

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