摘要(yao)：測量大管(guan)徑、大流量(liang)管道流量(liang)時常用的(de)各類流量(liang)計 精度較(jiao)低、價格昂(ang)貴、安裝複(fu)雜。差壓式(shi)流量計應(ying)用廣泛且(qie)造價低，但(dan)精度較低(di)，項目旨在(zai)研究差壓(ya)式流量🏃‍♀️計(ji)用于大管(guan)徑低流速(su)的液體測(ce)量時會因(yin)差壓太小(xiao)測量精度(du)低這個缺(que)點進行改(gai)造。提出利(li)用👣彎道布(bu)置流量計(ji)，依據彎道(dao)管内水動(dong)力🔴學規律(lü)，研究彎道(dao)内總🐆流量(liang)與旁通管(guan)内流量關(guan)系，通過實(shi)驗🌈研究率(lü)定設備參(can)數。
1概述
　　近(jin)年來，我國(guo)大量水利(li)科研工作(zuo)者緻力于(yu)各種流量(liang)計☔的☔研發(fa)💞，并取得了(le)重大的進(jin)展，國産流(liu)量計不論(lun)是在性能(neng)上還是在(zai)技術上均(jun)已經處于(yu)國際領先(xian)水平。但在(zai)測量150mm以上(shang)口徑的管(guan)道流量上(shang)，目前的加(jia)工制造技(ji)術還比較(jiao)落後，不能(neng)生産出滿(man)意的優🚶質(zhi)産品。目前(qian)國内外學(xue)者對大管(guan)徑、大流速(su)的流量計(ji)開展了廣(guang)👈泛的研究(jiu)，針對矩形(xing)大口徑彎(wan)道流量計(ji)壓強分布(bu)問題，通過(guo)對大量數(shu)據進行處(chu)理，推導♌出(chu)針對不同(tong)位置、不同(tong)斷面的大(da)口徑彎道(dao)流量計的(de)流量系數(shu)公式；針對(dui)流量系數(shu)與彎管直(zhi)徑的變化(hua)規律的問(wen)題，利用RNGK-＆湍(tuan)流模型，研(yan)究了彎管(guan)内外壁壓(ya)強沿程分(fen)布和彎徑(jing)比對彎道(dao)壓強的影(ying)響，進而🐉推(tui)求出不同(tong)彎徑比、不(bu)同管徑情(qing)況下流量(liang)壓差之間(jian)的關系；中(zhong)國計量學(xue)院以50毫米(mi)管徑🏒爲實(shi)驗前提，經(jing)過大量實(shi)驗研發了(le)一種新型(xing)的差壓式(shi)流量計-雙(shuang)錐流量計(ji)，并将Fluent仿真(zhen)軟件與實(shi)流實🔞驗相(xiang)結合，研🌐究(jiu)雙錐流量(liang)🚶計流出系(xi)數在雙錐(zhui)直徑比作(zuo)用下的流(liu)量規律。
2理(li)論分析
　　通(tong)過分析 差(cha)壓式流量(liang)計 精度低(di)的原因，研(yan)究分析流(liu)速與壓差(cha)的關系式(shi)，運用彎道(dao)管内水動(dong)力學規律(lü)，設計一種(zhong)新型的彎(wan)道旁通流(liu)量計，以👌解(jie)決差壓式(shi)流量計用(yong)于大管徑(jing)低流速的(de)液體測量(liang)時會導緻(zhi)差💜壓太小(xiao)從而變測(ce)量不出來(lai)或者測量(liang)精度低這(zhe)個缺點。理(li)論上，流體(ti)流💘經彎管(guan)，在彎曲部(bu)分的任意(yi)一個圓截(jie)面上産生(sheng)的㊙️動量矩(ju)是大🙇🏻緻相(xiang)同的。但由(you)于彎道離(li)心力的作(zuo)用，流體在(zai)彎道内外(wai)兩側之間(jian)将産生🏃一(yi)定的壓力(li)差，促使流(liu)體在旁通(tong)管内流動(dong)。當彎道内(nei)總🈚流量不(bu)同🤞時，旁通(tong)管流量大(da)小存在較(jiao)大差異，旁(pang)通管内🧡流(liu)量💔大小取(qu)決于彎道(dao)内總流♊量(liang)。
2.1彎道管内(nei)水流運動(dong)規律
　　爲避(bi)免複雜的(de)彎道水流(liu)運動對實(shi)驗研究産(chan)生的♉不利(li)因素👈，現㊙️假(jia)設彎道内(nei)的水流爲(wei)理想流體(ti)且爲恒定(ding)流，各種運(yun)動要素均(jun)不随時間(jian)改變，彎管(guan)内的水流(liu)随水流的(de)運動得以(yi)充分發展(zhan)。因🧑🏾‍🤝‍🧑🏼水流受(shou)到彎管内(nei)壁的約束(shu)作用，當彎(wan)管通🙇🏻水時(shi)，該作🈲用迫(po)使水流改(gai)變原趨勢(shi)運動方向(xiang)🤩，随着此約(yue)束的不斷(duan)增強，水流(liu)沿彎道作(zuo)急變流曲(qu)線運動。根(gen)據以上分(fen)析：彎道管(guan)内的水流(liu)運動實際(ji)上是理想(xiang)流體所作(zuo)的曲線有(you)勢運動，且(qie)該運動以(yi)彎道曲率(lü)爲中心。進(jin)一步分析(xi)分布于該(gai)彎管中任(ren)意過水斷(duan)面的水流(liu)如下：在彎(wan)道中任取(qu)n-n過水斷面(mian)，并于水平(ping)線成💚夾角(jiao)α，在所截取(qu)的過水💘斷(duan)面上取一(yi)微💃🏻分柱體(ti)，設彎管同(tong)一過水斷(duan)面内、外兩(liang)點的流速(su)與壓強分(fen)别爲v1、v2和p1、p2，彎(wan)管的内半(ban)徑爲r0，彎道(dao)中任意點(dian)的流速爲(wei)u0，管道截面(mian)内任⛱️意一(yi)點距圓形(xing)管道中心(xin)的距離爲(wei)r，該微分柱(zhu)體🔞兩端形(xing)心點離基(ji)準面高度(du)分别㊙️爲z1和(he)z2，作用在微(wei)分柱體上(shang)的力在n方(fang)向上的投(tou)影分别爲(wei)該柱體兩(liang)端面❓上的(de)動水壓⭕力(li)與，其自重(zhong)沿n方向的(de)投影，其所(suo)受的離心(xin)慣性力爲(wei)，在理🈲想流(liu)體的勢流(liu)流動中，由(you)于n方向與(yu)流線💰正交(jiao)，此方向上(shang)各力代數(shu)和爲零，有(you)：

　　由以上推(tui)導有：曲率(lü)中心越近(jin)，流速越大(da)，壓強越小(xiao)，旁通管内(nei)❤️流量較小(xiao)；反之，則流(liu)速越小，壓(ya)強越大，旁(pang)通管内流(liu)量較大。
2.2研(yan)究方法
　　從(cong)研究彎道(dao)管内水流(liu)運動規律(lü)出發，根據(ju)現有的研(yan)究技術嘗(chang)試性的研(yan)究彎道角(jiao)度、管道直(zhi)徑、流速對(dui)彎🤞管内總(zong)流量與旁(pang)通👌管内流(liu)量關系的(de)影響，研💚發(fa)出該裝置(zhi)，進行實驗(yan)驗證與分(fen)析，利用能(neng)量方程、動(dong)量方程，最(zui)終結合實(shi)驗數據得(de)出彎道内(nei)總流量與(yu)旁通管内(nei)流量關系(xi)，從而提高(gao)對大管徑(jing)低流速的(de)液體進行(hang)🈲流量測定(ding)時的精度(du)。假設彎管(guan)内的流體(ti)爲不可壓(ya)縮的實際(ji)流體，其可(ke)連續穩定(ding)的流經彎(wan)管，彎管内(nei)流動的流(liu)體滿足連(lian)續性方程(cheng)、能量方❌程(cheng)和動量方(fang)程等。綜上(shang)可見，對于(yu)既定的彎(wan)管，通過📱測(ce)定流體流(liu)經彎🙇‍♀️管時(shi)産💃🏻生的壓(ya)力差和流(liu)體相關參(can)數，利用電(dian)磁流量計(ji)測出旁通(tong)管流量，繼(ji)而推求出(chu)主管道内(nei)總流量。
3流(liu)量關系公(gong)式的實驗(yan)驗證
　　彎道(dao)内總流量(liang)-旁通管内(nei)流量實驗(yan)裝置的設(she)計：
　　爲了對(dui)推導流量(liang)關系基本(ben)公式進行(hang)實驗驗證(zheng)、并🌈對基本(ben)公式中流(liu)量參數的(de)變化規律(lü)進行研究(jiu)，采用實♊驗(yan)裝置進行(hang)了實驗測(ce)量。測量儀(yi)器準備就(jiu)緒後，開啓(qi)水泵向管(guan)路中⭐充水(shui)。按不同開(kai)度打開控(kong)制閥門，待(dai)管道中水(shui)流穩定後(hou)，使🌈經濟流(liu)速分别控(kong)制🌂在，同時(shi)分别🐪讀取(qu)電磁流量(liang)計和電子(zi)渦輪流量(liang)計的讀數(shu)。當閥門達(da)到最大開(kai)度後，再逐(zhu)漸關閉控(kong)制閥門，按(an)同樣方法(fa)讀取和記(ji)錄測量數(shu)據。取同一(yi)開度兩次(ci)數據平均(jun)值作爲該(gai)開度下的(de)👨‍❤️‍👨測量數據(ju)。
4測試結果(guo)分析
　　經過(guo)多次模拟(ni)及模型試(shi)驗，通過改(gai)變彎管上(shang)測壓孔的(de)位置與彎(wan)道管徑，即(ji)改變壓力(li)作用點，改(gai)變彎管總(zong)流量發現(xian)：
　　當流體進(jin)入彎管後(hou)，因爲彎道(dao)外壁對流(liu)體産生一(yi)定的導流(liu)作😍用，流體(ti)在作圓周(zhou)運動時所(suo)産生的離(li)心力📱作用(yong)于彎管的(de)🔴内外兩側(ce),使彎道内(nei)外兩側産(chan)生一個壓(ya)力差，這個(ge)壓力差促(cu)使流體在(zai)旁通管内(nei)❄️流動， 電磁(ci)流量計 測(ce)量流經旁(pang)通管内的(de)流量，測壓(ya)孔取在彎(wan)管45°截面時(shi)旁🐕通管内(nei)流量達到(dao)最大，最穩(wen)定；測壓孔(kong)取在彎💋管(guan)22.5°截面時旁(pang)通管内流(liu)量測量值(zhi)誤差較大(da)，但具有較(jiao)好的重現(xian)性；測壓孔(kong)取在彎管(guan)67.5°截面時旁(pang)通管内流(liu)量測量誤(wu)差值呈發(fa)散現象。
5結(jie)論與展望(wang)
5.1結論
　　本設(she)計采用模(mo)拟與模型(xing)試驗相結(jie)合的方法(fa)綜合💁分析(xi)研究了管(guan)道彎道旁(pang)通流量計(ji)的特性并(bing)得出🐆以下(xia)✂️主要結論(lun)：
（1）由于彎道(dao)離心力的(de)作用，流體(ti)在彎道内(nei)外兩側之(zhi)間将産生(sheng)一定的壓(ya)力差，促使(shi)流體在旁(pang)通管内流(liu)動。
（2）當彎管(guan)内總流量(liang)不同時，旁(pang)通管流量(liang)大小存在(zai)較大差🌂異(yi)💞，此流量的(de)大小與彎(wan)管内總流(liu)量有關。
（3）通(tong)過觀測旁(pang)通所聯通(tong)的電磁流(liu)量計讀數(shu)，确定小🛀🏻彎(wan)管内的流(liu)量，根據模(mo)拟出的大(da)小彎管之(zhi)間的流量(liang)大小關系(xi)，從而推知(zhi)管道内總(zong)流量，且測(ce)壓孔取在(zai)彎管🌈45°截面(mian)時，所推求(qiu)的管道❌内(nei)總流量與(yu)實際流量(liang)誤差最小(xiao)。本課題創(chuang)造性的提(ti)出利用彎(wan)道布置流(liu)量計，依據(ju)🚶彎道管内(nei)水動力學(xue)規律，研究(jiu)彎道内總(zong)流量與旁(pang)通管内流(liu)量關系，通(tong)過實驗研(yan)究😄率定設(she)備參數，應(ying)用前景廣(guang)闊。
5.2展望
　　需(xu)要指出的(de)是，管道彎(wan)道旁通流(liu)量計是一(yi)種新型的(de)結構型式(shi)，目前在此(ci)方面的國(guo)内外的理(li)論研究和(he)實🧑🏾‍🤝‍🧑🏼踐較少(shao)，因此，要使(shi)這種新型(xing)結構盡快(kuai)得到廣泛(fan)使用，還需(xu)要進一步(bu)🚶深入探讨(tao)。本設計模(mo)拟與模型(xing)試驗對管(guan)道彎道❓旁(pang)通流量計(ji)的特性進(jin)行了研究(jiu)，但仍有不(bu)足之處，在(zai)以後的研(yan)究中可以(yi)從以下幾(ji)方面考慮(lü)📧：
（1）本設計中(zhong)以恒定理(li)想液體爲(wei)基礎進行(hang)的試驗，但(dan)在實際工(gong)程中，流體(ti)通常爲非(fei)恒定流，因(yin)此，以後的(de)研究應在(zai)非恒定流(liu)作用🥵下進(jin)行。
（2）本設計(ji)中采用的(de)彎道管徑(jing)爲200mm和300mm，在以(yi)後的研究(jiu)應采用管(guan)徑👅更大的(de)彎管進行(hang)試驗，以調(diao)整參數的(de)變化的範(fan)圍，使經驗(yan)公式具有(you)普遍适用(yong)性。

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