上游组合管件对内锥流量计性能的影响

图3 实验装置

2.2 实验方案设计

管道直径100mm，定义为1D。标准中默认的弯头为90°弯头，曲率半径150mm。本实验中弯头符合GB/T12459—2005标准，同样为DN100长半径90°弯头，曲率半径为150mm，法兰焊接形式为对焊。表1给出实验方案设计（DN100，实验介质：常温常压气体），对应不同前置管段和不同管件组合。其中，“○”表示实验用直管段长度。符号“D”表示管道内径。如5D表示内锥流量计活孔板上游端面距离管件法兰端面的长度为5D。

以基准实验作为参考基准。基准实验前直管段长50D，后直管段长3D，管道内流体流动为充分发展的湍流状态。前期大量文献表明，前直管段长度达到50D时，可以认为流场已经充分发展。同时，后直管段达到3D，不会影响内锥流量计流出系数。所有实验管件上游直管段长10D。

表1 实验方案设计

3 实流实验结果

3.1 基准实验

内锥流量计基准实验结果如图4所示。从基准实验结果可以看出：流出系数C基本稳定在0.93～0.95之间。

图4 基准实验结果

3.2 管件实验

90°弯头是一种比较简单的管件，它只改变流动方向，对流场不产生收缩作用。但流动介质流过单弯头以后，在管道横截面上形成2个对称的涡流，如图5所示。这样的涡流对流场影响非常剧烈，需要很长前直管段的充分发展才能将该影响消除。所以，单弯头对前直管段的长度要求相对较高。

图5 90°弯头后的双涡流

当工业现场空间狭小时，需要将球阀、90°弯头和渐缩管组合使用。这时就需要考虑管件的综合影响。由于渐缩管对流场影响并不大，对流出系数影响的主要因素是90°弯头，因此，在比较流出系数随前直管段变化时，90°弯头对流场的影响起决定作用。首先单独对90°弯头和渐缩管进行实验，最后对90°弯头和渐缩管组合进行实验。

各管件实验流出系数与基准实验流出系数的相对误差如图6所示。从图中可以看出：各组合管件对流出系数的影响均不大。最大相对误差不超过0.6%。说明内锥流量计具有很好的抗流场扰动性能。从图中可以看出：2种管件组合使相对误差随前直管段的减小而单调增大，但在全孔球阀+渐缩管的结果中，相对误差在前直管段长度小于3D后出现随前直管段长度的减小而减小的趋势。该现象在仿真实验中同样存在。以全孔球阀+90°弯头的仿真实验结果为例，如图7所示，从图中可以看出：在前直管段长度为4D附近，相对误差随前直管段长度减小而减小的趋势发生变化。在前直管段长度小于4D后，相对误差随前直管段长度的减小而增大。出现这种情况，是因为单弯头后部流场复杂，除了在弯头方向上出现流场偏移外，管道中还存在二次涡流。而流场中锥体对流动介质的挤压效果，会因其自身特殊的的几何形状，而受流场中轴向涡流的影响。同时环状流动区域内部流场情况复杂，导致其对后取压孔的取压影响并不像其他节流式流量计一样存在单调变化的规律。

从图8的不确定度和图9的线性度曲线中可以看出：在各管件组合情况下，不确定度和线性度均没有随前直管段长度的变化而出现明显变化。说明内锥流量计对流场有很好的抗扰动性能。如果以相对误差不大于0.5%为筛选指标，则对上述5种管件，除全孔球阀+同平面双90°弯头在前直管段长度为3D一种情况下，其他各工况均满足此选择指标。可以认为当内锥流量计前直管段长度大于1D时，可以基本满足测量误差要求。

差压式流量计相关文章:差压式流量计原理