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變徑整流器在流量測量中的應用案例
作者：
時(shí)間：2013-03-07
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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一、概述
傳統的流體整流器經(jīng)長(cháng)期的研究與實(shí)踐已趨于成熟，它一般采用阻隔體分隔流道來(lái)調整管道內的速度分布，以達到整流的目的；這一類(lèi)整流器主要用于實(shí)驗室和流量標定系統。但這種方法易引起污物堵塞和增加阻力損失，所以在工業(yè)管道上很少采用。
渦街流量計由于其獨特的性能，一直受到人們重視，并己到了廣泛的應用，但仍有兩個(gè)方面的問(wèn)題困擾著(zhù)人們，一是由于儀表上游管道阻流件的干擾，流場(chǎng)發(fā)生畸變，影響旋渦正常撥離。為了克服流場(chǎng)擾動(dòng)，儀表前需要配裝較長(cháng)直管道(一般為15~40倍的工藝管內徑的長(cháng)度)，而在實(shí)際現場(chǎng)是很難滿(mǎn)足的。二是，渦街流量計主要特點(diǎn)之一是量程寬，一般在10：1左右，應該說(shuō)這樣寬的測量范圍應屬比較優(yōu)良的性能，但在實(shí)際工業(yè)應用中，最大流量遠低于儀表的上限值，最小流量又往往會(huì )低于儀表的下限值，一些儀表經(jīng)常工作在下限流量附近，造成儀表的計量準確度下降，這時(shí)信號較弱，儀表的抗干擾能力也下降。為了測量小流量，人們往往采用內腔形狀為園臺的傳統變徑管，經(jīng)過(guò)縮徑提高測量處的流速。使渦街流量計工作在正常流速范圍內，但這種變徑方式，結構尺寸大(一般長(cháng)度為工藝管內徑的3~5倍)，同時(shí)，由于流體流經(jīng)變徑管，在變徑處產(chǎn)生大量旋轉流團，增大局部阻力損失，也使流場(chǎng)發(fā)生畸變。所以必須在變徑管與儀表之間加裝大于15倍工藝管內徑長(cháng)度的直管道進(jìn)行整流，且增加了沿程阻力損失(如圖1所示)，這種方法增加施工成本，也給加工、安裝帶來(lái)不便。 
縱端面采用特殊形線(xiàn)的變徑整流器(己申報國家專(zhuān)利)，具有整流，提高流速及改變流速分布的多重作用，其結構尺寸小，長(cháng)度僅為工藝管內徑的1/3，可以直接卡裝在儀表的兩端，不僅不需要另外附加直管道，而且可以降低儀表對上游直管道的要求。實(shí)驗表明：儀表上游阻力件為一個(gè)平面內的兩個(gè)90°彎頭 在一般情況下，渦街流量計上游側應加裝大于20倍管道內徑長(cháng)度的直管道，而渦街流量計加裝了變徑整流器大大降低了對上游測直管道長(cháng)度的要求，其阻力遠遠小于傳統的變徑管。更主要的是，可使下限流速降為原來(lái)的1/3，量程比提高到15：1以上。
二、原理及分析
首先應該指出，傳統的變徑管可以經(jīng)過(guò)縮徑，并配以較小口徑的流量計來(lái)達到測量小流量的目的，但是這種方法不可能擴大儀表的量程比，因為它并末改變管道的流速分布狀態(tài)。我們知道，渦街流量計的理論及推導是基于在無(wú)窮大的均勻流場(chǎng)中得到的，而在實(shí)際封閉圓管中，卻是非均勻流場(chǎng)，橫斷面的流速分布是一回轉拋物面，雖然選擇合理的柱型，使柱體兩側弓形面的流速分布均勻，但實(shí)際上，工藝管道上回轉拋物面的流速分布的影響是客觀(guān)存在的。實(shí)驗表明在比較大的流量時(shí)，這個(gè)影響較小，或說(shuō)這個(gè)影響在允許的范圍內；但隨著(zhù)流量的下降，這個(gè)影響越來(lái)越大，從大量標定數據看，儀表常數總是隨著(zhù)流量的減小而增大。這說(shuō)明取樣點(diǎn)的流速與平均流速差異越來(lái)越大。
采用了變徑整流器后（見(jiàn)圖2），由于縮經(jīng)斷面的流速在逐漸增大，在斷面上各點(diǎn)流速的增加是不一樣的，靠近中心流速增加小，而靠近喉徑邊沿處流速增加大。 
設整流器進(jìn)口處壓力為P1，平均流速為V1，某點(diǎn)上的速度不均勻度為U1，出口處壓力為P2，平均流速為V2，通過(guò)進(jìn)口處某點(diǎn)同一流線(xiàn)，在出口處的速度不均勻度為U2，沿該流線(xiàn)，由伯努利方程得：
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