槽道流量計的理論與應用
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在能源日益緊張的今天，對流量計的另一個(gè)要求是減小流量計本身產(chǎn)生的能量損失。在有些情況下，過(guò)高的壓力損失還會(huì )使設備無(wú)法工作。電磁流量計、超聲波流量計在管道中沒(méi)有節流裝置，理論上沒(méi)有任何損失。然而，在實(shí)踐中為了減小流量計上下游直管段，在管道中安置了流動(dòng)調節器，目的是使管內流動(dòng)盡快達到標準管流，以保證準確的測量。槽道流量計正是在這樣的背景下產(chǎn)生的。
一、槽道流量計的原理和特點(diǎn)
在流量測量領(lǐng)域，隨著(zhù)現代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，二次儀表技術(shù)已經(jīng)達到了很高的水平。然而，對管道流動(dòng)流體力學(xué)特性的研究和應用并未引起人們的充分注意，仍然停留在比較初級的水平，越來(lái)越成為流量測量技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。對于任何流量計來(lái)說(shuō)，獲得準確的流量的基礎是在流量計的上游獲得標準的管流，而這一點(diǎn)在實(shí)際使用中難以做到，從而無(wú)法獲得準確的計量。
南京航空航天大學(xué)明曉教授從流體力學(xué)的源頭出發(fā)，以流動(dòng)控制的觀(guān)點(diǎn)來(lái)解決問(wèn)題。他提出了一種有著(zhù)優(yōu)秀流體力學(xué)特性的節流裝置。該節流裝置將管流迅速調整為環(huán)形槽道流動(dòng)，以獲得十分穩定的差壓，該節流裝置的流量計被命名為槽道流量計。他們對槽道流量計進(jìn)行了大量的理論分析、數值模擬和實(shí)驗研究，理論上證實(shí)了該流量計是迄今為止綜合性能最優(yōu)的差壓式流量計。目前，槽道流量計已獲得國家專(zhuān)利。
1.工作原理
如圖1所示，槽道流量計的節流件——紡錘體，沿測量管中心軸線(xiàn)安裝。其幾何形狀根據流體力學(xué)原理精心設計，并采用基因算法進(jìn)行優(yōu)化，呈完美的流線(xiàn)型，理論上能完全避免流動(dòng)分離和漩渦的產(chǎn)生，對流體的阻力達到最小。紡錘體中部適當位置有一等直徑段，與測量管的內壁之間形成均勻的環(huán)形通道。槽道流量計的高壓取自紡錘體頭部對應的測量管壁處，低壓取自環(huán)形槽道的中后部。
圖2 槽道流量計測量原理和測量過(guò)程
2.槽道流量計的性能特點(diǎn)
(1)測量準確度高，重復性好
槽道流量計將各種實(shí)際流動(dòng)迅速調整為標準的槽道流動(dòng)，取壓點(diǎn)壓力非常穩定；節流裝置內整個(gè)流場(chǎng)沒(méi)有分離發(fā)生，不會(huì )產(chǎn)生附加的壓力波動(dòng)。以水為介質(zhì)時(shí)，測量準確度可優(yōu)于0.2%，重復性?xún)?yōu)于0.1%，各檢定點(diǎn)的示值誤差如表1所示。
表1 各檢定點(diǎn)的示值誤差 
節流件紡錘體的強大整流作用，使得槽道流量計擺脫了前后直管段的限制，適用范圍大為拓寬，安裝成本大為降低。
槽道流量計測量過(guò)程中，被測流體在接近紡錘體頭部的時(shí)候，其速度分布即開(kāi)始受到調整；隨著(zhù)流體流過(guò)紡錘體頭部，其速度分布受調整的力度不斷加大；當流體進(jìn)入環(huán)形槽道以后，其速度分布開(kāi)始被“標準化”；在環(huán)形槽道的中后部，即可形成環(huán)形槽道流動(dòng)，如圖3所示。
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