上游組合管件對內錐流量計性能的影響
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圖3 實(shí)驗裝置
管道直徑100mm，定義為1D。標準中默認的彎頭為90°彎頭，曲率半徑150mm。本實(shí)驗中彎頭符合GB/T12459—2005標準，同樣為DN100長(cháng)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)驗方案設計（DN100，實(shí)驗介質(zhì)：常溫常壓氣體），對應不同前置管段和不同管件組合。其中，“○”表示實(shí)驗用直管段長(cháng)度。符號“D”表示管道內徑。如5D表示內錐流量計活孔板上游端面距離管件法蘭端面的長(cháng)度為5D。
以基準實(shí)驗作為參考基準?；鶞蕦?shí)驗前直管段長(cháng)50D，后直管段長(cháng)3D，管道內流體流動(dòng)為充分發(fā)展的湍流狀態(tài)。前期大量文獻表明，前直管段長(cháng)度達到50D時(shí)，可以認為流場(chǎng)已經(jīng)充分發(fā)展。同時(shí)，后直管段達到3D，不會(huì )影響內錐流量計流出系數。所有實(shí)驗管件上游直管段長(cháng)10D。
表1 實(shí)驗方案設計 
3.1 基準實(shí)驗
內錐流量計基準實(shí)驗結果如圖4所示。從基準實(shí)驗結果可以看出：流出系數C基本穩定在0.93～0.95之間。
圖4 基準實(shí)驗結果
90°彎頭是一種比較簡(jiǎn)單的管件，它只改變流動(dòng)方向，對流場(chǎng)不產(chǎn)生收縮作用。但流動(dòng)介質(zhì)流過(guò)單彎頭以后，在管道橫截面上形成2個(gè)對稱(chēng)的渦流，如圖5所示。這樣的渦流對流場(chǎng)影響非常劇烈，需要很長(cháng)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(cháng)度要求相對較高。
圖5 90°彎頭后的雙渦流
各管件實(shí)驗流出系數與基準實(shí)驗流出系數的相對誤差如圖6所示。從圖中可以看出：各組合管件對流出系數的影響均不大。最大相對誤差不超過(guò)0.6%。說(shuō)明內錐流量計具有很好的抗流場(chǎng)擾動(dòng)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增大，但在全孔球閥+漸縮管的結果中，相對誤差在前直管段長(cháng)度小于3D后出現隨前直管段長(cháng)度的減小而減小的趨勢。該現象在仿真實(shí)驗中同樣存在。以全孔球閥+90°彎頭的仿真實(shí)驗結果為例，如圖7所示，從圖中可以看出：在前直管段長(cháng)度為4D附近，相對誤差隨前直管段長(cháng)度減小而減小的趨勢發(fā)生變化。在前直管段長(cháng)度小于4D后，相對誤差隨前直管段長(cháng)度的減小而增大。出現這種情況，是因為單彎頭后部流場(chǎng)復雜，除了在彎頭方向上出現流場(chǎng)偏移外，管道中還存在二次渦流。而流場(chǎng)中錐體對流動(dòng)介質(zhì)的擠壓效果，會(huì )因其自身特殊的的幾何形狀，而受流場(chǎng)中軸向渦流的影響。同時(shí)環(huán)狀流動(dòng)區域內部流場(chǎng)情況復雜，導致其對后取壓孔的取壓影響并不像其他節流式流量計一樣存在單調變化的規律。
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