上游組合管件對內(nèi)錐流量計(jì)性能的影響
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圖3 實(shí)驗(yàn)裝置
管道直徑100mm，定義為1D。標(biāo)準(zhǔn)中默認(rèn)的彎頭為90°彎頭，曲率半徑150mm。本實(shí)驗(yàn)中彎頭符合GB/T12459—2005標(biāo)準(zhǔn)，同樣為DN100長半徑90°彎頭，曲率半徑為150mm，法蘭焊接形式為對焊。表1給出實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)（DN100，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)：常溫常壓氣體），對應(yīng)不同前置管段和不同管件組合。其中，“○”表示實(shí)驗(yàn)用直管段長度。符號“D”表示管道內(nèi)徑。如5D表示內(nèi)錐流量計(jì)活孔板上游端面距離管件法蘭端面的長度為5D。
以基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)作為參考基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)實(shí)驗(yàn)前直管段長50D，后直管段長3D，管道內(nèi)流體流動為充分發(fā)展的湍流狀態(tài)。前期大量文獻(xiàn)表明，前直管段長度達(dá)到50D時，可以認(rèn)為流場已經(jīng)充分發(fā)展。同時，后直管段達(dá)到3D，不會影響內(nèi)錐流量計(jì)流出系數(shù)。所有實(shí)驗(yàn)管件上游直管段長10D。
表1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 
3.1 基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)
內(nèi)錐流量計(jì)基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：流出系數(shù)C基本穩(wěn)定在0.93～0.95之間。
圖4 基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
90°彎頭是一種比較簡單的管件，它只改變流動方向，對流場不產(chǎn)生收縮作用。但流動介質(zhì)流過單彎頭以后，在管道橫截面上形成2個對稱的渦流，如圖5所示。這樣的渦流對流場影響非常劇烈，需要很長前直管段的充分發(fā)展才能將該影響消除。所以，單彎頭對前直管段的長度要求相對較高。
圖5 90°彎頭后的雙渦流
各管件實(shí)驗(yàn)流出系數(shù)與基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)流出系數(shù)的相對誤差如圖6所示。從圖中可以看出：各組合管件對流出系數(shù)的影響均不大。最大相對誤差不超過0.6%。說明內(nèi)錐流量計(jì)具有很好的抗流場擾動性能。從圖中可以看出：2種管件組合使相對誤差隨前直管段的減小而單調(diào)增大，但在全孔球閥+漸縮管的結(jié)果中，相對誤差在前直管段長度小于3D后出現(xiàn)隨前直管段長度的減小而減小的趨勢。該現(xiàn)象在仿真實(shí)驗(yàn)中同樣存在。以全孔球閥+90°彎頭的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例，如圖7所示，從圖中可以看出：在前直管段長度為4D附近，相對誤差隨前直管段長度減小而減小的趨勢發(fā)生變化。在前直管段長度小于4D后，相對誤差隨前直管段長度的減小而增大。出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)閱螐濐^后部流場復(fù)雜，除了在彎頭方向上出現(xiàn)流場偏移外，管道中還存在二次渦流。而流場中錐體對流動介質(zhì)的擠壓效果，會因其自身特殊的的幾何形狀，而受流場中軸向渦流的影響。同時環(huán)狀流動區(qū)域內(nèi)部流場情況復(fù)雜，導(dǎo)致其對后取壓孔的取壓影響并不像其他節(jié)流式流量計(jì)一樣存在單調(diào)變化的規(guī)律。
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