摘(zhai)要:針(zhen)對速(su)度分(fen)布的(de)不對(dui)稱性(xing)對均(jun)速管(guan)流量(liang)計 測(ce)量精(jing)度影(ying)響的(de)問題(ti)，利用(yong)計算(suan)流體(ti)力學(xue)(CFD)軟件(jian)，對均(jun)速管(guan)流量(liang)計的(de)内部(bu)流場(chang)進行(hang)了3D數(shu)值模(mo)拟。采(cai)用有(you)限體(ti)積法(fa)，引👌人(ren)标準(zhun)k-ensilon湍流(liu)模型(xing)對控(kong)制方(fang)程進(jin)行離(li)散和(he)求解(jie)，得出(chu)了均(jun)🚶速管(guan)流量(liang)計在(zai)彎管(guan)後不(bu)同直(zhi)管段(duan)位置(zhi)和不(bu)同流(liu)速條(tiao)件下(xia)的流(liu)場🛀動(dong)力學(xue)參❤️數(shu);利用(yong)得到(dao)✉️的差(cha)壓模(mo)拟數(shu)據計(ji)算得(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻出流(liu)量系(xi)數，并(bing)對測(ce)量精(jing)🔞度進(jin)行了(le)分析(xi)。
引言(yan)
　　均速(su)管流(liu)量計(ji)是基(ji)于皮(pi)托管(guan)流量(liang)計發(fa)展起(qi)來的(de)一種(zhong)新型(xing) 差壓(ya)式流(liu)量計(ji) ，其目(mu)的是(shi)爲了(le)克服(fu)皮托(tuo)管流(liu)量計(ji)因單(dan)點取(qu)樣而(er)對管(guan)内速(su)度分(fen)布對(dui)稱性(xing)的嚴(yan)格要(yao)求。通(tong)過采(cai)用如(ru)圖1所(suo)❓示的(de)在近(jin)管壁(bi)處的(de)🛀🏻多點(dian)取壓(ya)方法(fa)，均速(su)管流(liu)量計(ji)可以(yi)應用(yong)于非(fei)對稱(cheng)性流(liu)🏃‍♂️速分(fen)布管(guan)段的(de)流量(liang)測量(liang)，适用(yong)範圍(wei)更大(da)，測量(liang)精度(du)也有(you)所提(ti)🙇🏻高。因(yin)其結(jie)❗構簡(jian)單，安(an)裝方(fang)便，價(jia)格低(di)和節(jie)能的(de)優點(dian)，現已(yi)被廣(guang)泛的(de)應用(yong)于冶(ye)金、石(shi)化等(deng)工業(ye)計量(liang)中。
 
　　圖(tu)2所示(shi)爲均(jun)速管(guan)流最(zui)計檢(jian)測杆(gan)的橫(heng)截面(mian)，其均(jun)壓原(yuan)理是(shi)湧👣過(guo)分布(bu)幹管(guan)壁附(fu)近的(de)多點(dian)取壓(ya)孔..将(jiang)壓強(qiang)引入(ru)檢測(ce)杆内(nei)部的(de)均壓(ya)腔，迎(ying)流面(mian)取壓(ya)孔.引(yin)人高(gao)壓(沖(chong)‼️壓)，側(ce)面取(qu)壓孔(kong)引入(ru)低🌈壓(ya)(靜壓(ya))，引入(ru)的各(ge)點壓(ya)強在(zai)均壓(ya)腔内(nei)平均(jun)後被(bei)引壓(ya)管引(yin)出。
 
　　均(jun)速管(guan)流量(liang)計測(ce)量原(yuan)理遵(zun)循伯(bo)努利(li)方程(cheng)，設均(jun)速管(guan)流量(liang)計檢(jian)測杆(gan)迎流(liu)取壓(ya)孔處(chu)速度(du)爲U,(m/s)，壓(ya)力爲(wei)P1(Pa)，檢🧑🏾‍🤝‍🧑🏼測(ce)杆側(ce)流㊙️取(qu)壓🐉孔(kong).處的(de)流速(su)爲U2(m/s)，壓(ya)力爲(wei)P2(Pa)，忽略(lue)摩擦(ca)阻力(li)，流體(ti)高度(du)差等(deng)因素(su)⁉️，可得(de)到:
 
　　其(qi)中流(liu)量系(xi)數K由(you)多種(zhong)因素(su)共同(tong)影響(xiang)，是測(ce)量探(tan)頭速(su)度系(xi)數、被(bei)🔅測管(guan)道速(su)度分(fen)布修(xiu)正系(xi)數和(he)管道(dao)安裝(zhuang)幹擾(rao)系數(shu)三部(bu)分的(de)乘📞積(ji)4。其中(zhong)速度(du)系數(shu)可看(kan)作流(liu)量計(ji)在均(jun)勻流(liu)場中(zhong)流速(su)與輸(shu)出差(cha)💋壓之(zhi)間關(guan)系的(de)修正(zheng);速度(du)分布(bu)系數(shu)是管(guan)道内(nei)處幹(gan)充✌️分(fen)發展(zhan)流動(dong)時流(liu)速分(fen)布對(dui)平均(jun)速度(du)測量(liang)影響(xiang)的修(xiu)正;系(xi)數📱則(ze)是現(xian)場安(an)裝條(tiao)件對(dui)流量(liang)測量(liang)影響(xiang)的修(xiu)正1。流(liu)量系(xi)數K的(de)準确(que)與否(fou)會直(zhi)接🔴影(ying)響流(liu)最測(ce)量的(de)精度(du)。工程(cheng)✏️應用(yong)時都(dou)是通(tong)過實(shi)驗标(biao)定作(zuo)爲固(gu)🔅定值(zhi)應用(yong)于實(shi)際測(ce)量。
　　均(jun)速管(guan)流量(liang)計取(qu)樣具(ju)有實(shi)際意(yi)義的(de)前提(ti)是管(guan)道内(nei)🤩的速(su)度分(fen)布是(shi)對稱(cheng)穩定(ding)的充(chong)分發(fa)展湍(tuan)流，各(ge)個取(qu)壓孔(kong)的速(su)度算(suan)數平(ping)均⚽值(zhi)近似(si)等于(yu)管道(dao)截面(mian)的平(ping)均速(su)度"，這(zhe)是插(cha)入式(shi)均速(su)流量(liang)計的(de)測量(liang)精度(du)取決(jue)于管(guan)道内(nei)流速(su)分布(bu)的特(te)點。--般(ban)而言(yan)，完全(quan)對稱(cheng)的📞速(su)度分(fen)布是(shi)最理(li)想的(de)，但在(zai)應用(yong)過程(cheng)🈚中受(shou)實際(ji)情況(kuang)的限(xian)制，并(bing)不能(neng)保證(zheng)有足(zu)夠長(zhang)的直(zhi)管段(duan)使流(liu)動達(da)到充(chong)分發(fa)展，在(zai)現場(chang)直🏒管(guan)段長(zhang)度較(jiao)短、上(shang)遊又(you)有彎(wan)管阻(zu)件導(dao)緻流(liu)速分(fen)布複(fu)雜時(shi)，測量(liang)🥰誤差(cha)會較(jiao)大。
　　爲(wei)了更(geng)深人(ren)地了(le)解管(guan)内流(liu)速分(fen)布特(te)點對(dui)流量(liang)系數(shu)的影(ying)響👉，本(ben)文對(dui)處幹(gan)彎管(guan)後不(bu)同直(zhi)管段(duan)位置(zhi)和不(bu)同流(liu)速✨條(tiao)件下(xia)的♌均(jun)速流(liu)量計(ji)内部(bu)流場(chang)進行(hang)了數(shu)值模(mo)拟，并(bing)分析(xi)了管(guan)内速(su)度分(fen)布對(dui)均速(su)管流(liu)量計(ji)的測(ce)量🈲精(jing)度的(de)影響(xiang)。
1.數值(zhi)模拟(ni)
1.1物理(li)模型(xing)和數(shu)值方(fang)法
　　計(ji)算洗(xi)擇檢(jian)測杆(gan)有效(xiao)長度(du)爲200mm的(de)彈頭(tou)狀威(wei)力巴(ba)均速(su)管流(liu)量計(ji)爲物(wu)理模(mo)型;垂(chui)直于(yu)管道(dao)中心(xin)線、彎(wan)管平(ping)面插(cha)入;三(san)對取(qu)壓孔(kong)按❓照(zhao)切比(bi)雪夫(fu)法分(fen)布[6l;陽(yang)塞比(bi)爲8.9%，可(ke)忽略(lue)檢測(ce)杆對(dui)管道(dao)内💋流(liu)速的(de)影響(xiang);工作(zuo)介🔴質(zhi)爲常(chang)溫空(kong)氣，密(mi)度爲(wei)1.225ke/m3，運動(dong)黏度(du)爲1.7894x10-5;彎(wan)管前(qian)直管(guan)段💁L0=20D，彎(wan)管後(hou)直管(guan)段長(zhang)度L1=4D~11D，均(jun)速管(guan)流量(liang)計後(hou)直管(guan)段長(zhang)度爲(wei)L2=5D,圖3所(suo)示爲(wei)計算(suan)域彎(wan)管平(ping)面示(shi)意圖(tu)，流速(su)範圍(wei)爲6~30m/s,對(dui)應的(de)雷諾(nuo)數範(fan)圍是(shi)0.822x105~4.11x105.
 
　　利用(yong)前處(chu)理軟(ruan)件ICEM對(dui)計算(suan)區域(yu)進行(hang)網格(ge)劃分(fen)，采用(yong)非均(jun)勻🍉網(wang)格，并(bing)對網(wang)格進(jin)行優(you)化，檢(jian)測杆(gan)内部(bu)空腔(qiang)采用(yong)✂️較密(mi)集的(de)網格(ge)，最小(xiao)🌐網格(ge)尺寸(cun)爲0.2mm，對(dui)靠近(jin)流量(liang)計的(de)一📱-段(duan)管道(dao)進行(hang)加密(mi)最小(xiao)網格(ge)尺寸(cun)爲1mm，以(yi)保證(zheng)數值(zhi)模拟(ni)的精(jing)度圖(tu)😍4是整(zheng)個流(liu)🔞場的(de)三維(wei)🌈仿真(zhen)模型(xing)示意(yi)圖。
 
　　用(yong)Fluent流體(ti)力學(xue)軟件(jian)進行(hang)數值(zhi)模拟(ni)，用有(you)限體(ti)積法(fa)對控(kong)制方(fang)程進(jin)行離(li)散，模(mo)型選(xuan)用标(biao)準k-eDsilon湍(tuan)流模(mo)型，近(jin)壁💯區(qu)采用(yong)标準(zhun)壁面(mian)函數(shu)法✊，入(ru)口條(tiao)件采(cai)用Velocitv-inlet，出(chu)口條(tiao)件采(cai)用Pressure-outlet。
1.2控(kong)制方(fang)程和(he)湍流(liu)模型(xing)
　　求解(jie)各個(ge)算例(li)的的(de)流體(ti)動力(li)學特(te)性可(ke)以用(yong)流體(ti)力學(xue)基本(ben)💔方程(cheng)14.71.
連續(xu)性方(fang)程爲(wei):
 
 
式中(zhong)，Umax是管(guan)道中(zhong)心速(su)度，r是(shi)管道(dao)内部(bu)任意(yi).點距(ju)離管(guan)中心(xin)的距(ju)離，R是(shi)管道(dao)半徑(jing)，指數(shu)n與雷(lei)諾數(shu)Re有關(guan)。
1.4仿真(zhen)結果(guo)和讨(tao)論
　　在(zai)不同(tong)直管(guan)段位(wei)置和(he)不同(tong)流速(su)的條(tiao)件下(xia)，引用(yong)标準(zhun)k-ε模♊型(xing)，模🌈拟(ni)得出(chu)了均(jun)速管(guan)流量(liang)計附(fu)近的(de)速度(du)場♋和(he)壓力(li)場。
　　圖(tu)5所示(shi)是入(ru)口流(liu)速爲(wei)15m/s的條(tiao)件下(xia)，直管(guan)段内(nei)充分(fen)發💰展(zhan)的湍(tuan)🈲流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼(L0=0，無(wu)彎管(guan)附件(jian)，L;=20D，L2=5D)的模(mo)拟結(jie)果。由(you)速度(du)雲圖(tu)(圖5a)看(kan)出，在(zai)流量(liang)計✌️迎(ying)流面(mian)上:沒(mei)有開(kai)孔.的(de)位置(zhi)，流速(su)驟然(ran)下降(jiang)✂️并接(jie)近幹(gan)零，在(zai)取壓(ya)孔處(chu)的速(su)度雖(sui)然有(you)所下(xia)降，但(dan)并不(bu)爲零(ling)。根㊙️據(ju)充分(fen)發展(zhan)湍流(liu)的🙇🏻速(su)度分(fen)布可(ke)知，管(guan)中心(xin)🌏處的(de)速度(du)最大(da)，檢測(ce)杆上(shang)半部(bu)的三(san)個㊙️取(qu)壓孔(kong)的速(su)度分(fen)别爲(wei)6.411m/s、2.536m/s、-5.653m/s,提示(shi)總壓(ya)腔内(nei)的流(liu)體不(bu)是靜(jing)止的(de)，流體(ti)從中(zhong)心附(fu)近的(de)兩個(ge)取壓(ya)口流(liu)人，從(cong)近壁(bi)處的(de)取壓(ya)刊.流(liu)出。檢(jian)測杆(gan)下半(ban)部的(de)三個(ge)取壓(ya)孔的(de)流速(su)分别(bie)爲6.497m/s、2.416m/s、-5.624m/s，與(yu)上:半(ban)💋部分(fen)基💞本(ben)對稱(cheng)。壓力(li)雲圖(tu)(圖5b)則(ze)顯示(shi)了檢(jian)測杆(gan)内部(bu)壓力(li)的差(cha)異。壓(ya)腔内(nei)的壓(ya)力是(shi)由取(qu)壓孔(kong)引人(ren)的壓(ya)力⛹🏻‍♀️平(ping)均之(zhi)後得(de)到的(de)結果(guo)，總㊙️壓(ya)腔是(shi)正高(gao)壓，爲(wei)184.233Pa，靜壓(ya)腔是(shi)負低(di)壓，爲(wei)-55.394Pa。
 
　　圖6給(gei)出了(le)直管(guan)段充(chong)分發(fa)展湍(tuan)流條(tiao)件下(xia)，均速(su)管流(liu)✂️量計(ji)🔆前0.25D處(chu)的縱(zong)軸截(jie)面上(shang).的速(su)度分(fen)布，可(ke)以看(kan)出在(zai)此情(qing)形下(xia)的湍(tuan)流流(liu)形是(shi)對稱(cheng)的、均(jun)勻的(de)。
 
　　對幹(gan)受彎(wan)管影(ying)響的(de)湍流(liu)(Lo=20D，有彎(wan)管附(fu)件，L1=4D~11D，L2=5D)的(de)情況(kuang)，圖7給(gei)出的(de)是❓入(ru)口速(su)度爲(wei)15m/s時均(jun)速管(guan)流量(liang)計處(chu)幹彎(wan)管後(hou)4D位置(zhi)🚶‍♀️的模(mo)拟結(jie)果的(de)雲圖(tu)。從速(su)度雲(yun)圖(圖(tu)7c)看出(chu)速度(du)分布(bu)明顯(xian)不對(dui)稱。靠(kao)近管(guan)中心(xin)的取(qu)壓孔(kong)附近(jin)的流(liu)速分(fen)别爲(wei)4.005m/s、2.655m/s，3.53m/s、3.715m/s，而靠(kao)近管(guan)⭐壁的(de)取壓(ya)孔附(fu)近的(de)流速(su)爲-1.123m/s、-1.339m/s;由(you)✂️取壓(ya)孔引(yin)入的(de)壓力(li)也出(chu)🌍現了(le)較大(da)變化(hua)，總壓(ya)腔内(nei)壓強(qiang)爲172.492Pa，靜(jing)壓腔(qiang)爲--44.958Pa。雲(yun)圖也(ye)展示(shi)了速(su)度和(he)壓強(qiang)的等(deng)🙇🏻值區(qu)域受(shou)彎管(guan)影響(xiang)而産(chan)生的(de)變化(hua)。
 
　　處幹(gan)彎管(guan)後的(de)均速(su)管流(liu)量計(ji)前0.25D處(chu)縱軸(zhou)截面(mian)上的(de)速🍉度(du)分布(bu)🤞如💰圖(tu)8所示(shi)。縱坐(zuo)标爲(wei)縱軸(zhou)截面(mian)徑向(xiang)t點的(de)位置(zhi)，橫坐(zuo)标爲(wei)各點(dian)的速(su)🙇‍♀️度，曲(qu)線代(dai)表了(le)均速(su)管流(liu)🔞量計(ji)處于(yu)彎管(guan)☁️後不(bu)同位(wei)置時(shi)測量(liang)的流(liu)體的(de)速度(du)分布(bu)。可以(yi)很明(ming)顯看(kan)出在(zai)彎管(guan)下遊(you)有很(hen)長一(yi)段範(fan)圍内(nei)，速度(du)分布(bu)是中(zhong)間低(di)，兩側(ce)高，中(zhong)間的(de)速度(du)逐步(bu)💛增大(da)，到11D處(chu)仍然(ran)是外(wai)側的(de)速度(du)大于(yu)内側(ce)的速(su)度，之(zhi)後再(zai)繼續(xu)發展(zhan)。
 
　　表1列(lie)出的(de)是根(gen)據模(mo)拟的(de)差壓(ya)數據(ju)計算(suan)得到(dao)的均(jun)速管(guan)流🔱量(liang)計的(de)流量(liang)系數(shu)K。可以(yi)看出(chu)，處幹(gan)彎管(guan)後的(de)均速(su)📱管流(liu)㊙️量計(ji)測得(de)💞的流(liu)量系(xi)數與(yu)對稱(cheng)分布(bu)的充(chong)🔞分發(fa)展湍(tuan)流下(xia)♌得到(dao)的流(liu)量系(xi)數存(cun)在一(yi)-定的(de)偏差(cha)，表明(ming)管内(nei)速度(du)分布(bu)的不(bu)均勻(yun)性對(dui)測量(liang)☎️精度(du)的影(ying)響，在(zai)實際(ji)應用(yong)中應(ying)該加(jia)☎️以修(xiu)正。
 
　　圖(tu)9是不(bu)同流(liu)速條(tiao)件下(xia)，檢測(ce)杆位(wei)于彎(wan)管後(hou)4D~11D距離(li)時的(de)流最(zui)系數(shu)的模(mo)拟結(jie)果。可(ke)以發(fa)現，有(you)彎管(guan)影響(xiang)時的(de)流量(liang)系數(shu)均高(gao)于充(chong)分發(fa)展湍(tuan)流情(qing)形下(xia)的值(zhi)，這💁是(shi)速度(du)分布(bu)的不(bu)對稱(cheng)性導(dao)緻的(de)結果(guo)。因此(ci)，在均(jun)速管(guan)流量(liang)計的(de)應用(yong)上，當(dang)測量(liang)位置(zhi)處于(yu)彎管(guan)後一(yi)定的(de)距離(li)内，應(ying)對流(liu)量系(xi)數進(jin)行修(xiu)正，否(fou)則導(dao)緻測(ce)量結(jie)果的(de)偏差(cha)。
 
2結語(yu)
　　本文(wen)對彎(wan)管後(hou)不同(tong)直管(guan)段位(wei)置和(he)不同(tong)流速(su)下的(de)均速(su)管流(liu)量計(ji)的流(liu)場進(jin)行了(le)三維(wei)數值(zhi)模拟(ni)，模拟(ni)得出(chu)🚩了不(bu)同情(qing)況下(xia)檢測(ce)杆内(nei)部的(de)流動(dong)情況(kuang)和管(guan)内速(su)度📞分(fen)布的(de)不對(dui)稱✍️性(xing)對均(jun)速管(guan)流量(liang)計測(ce)量的(de)影響(xiang)。得出(chu)♌了以(yi)下結(jie)論:
1)均(jun)速管(guan)流量(liang)計垂(chui)直安(an)裝幹(gan)彎管(guan)平面(mian)後,在(zai)彎管(guan)後📐4D~11D這(zhe)段距(ju)🍉離🏃🏻‍♂️内(nei)，檢測(ce)杆前(qian)縱軸(zhou)截面(mian)上的(de)速度(du)呈現(xian)出“中(zhong)間低(di)，兩邊(bian)高”的(de)規🌈律(lü)。
2)彎管(guan)引起(qi)的管(guan)内速(su)度分(fen)布的(de)不對(dui)稱性(xing)對流(liu)量測(ce)量精(jing)度的(de)影響(xiang)大，建(jian)議對(dui)彎管(guan)後11D内(nei)安裝(zhuang)的流(liu)量計(ji)🈲進行(hang)🈲流量(liang)系數(shu)修正(zheng)✏️。

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