上游組合管件對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)性能的影響
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內(nèi)錐流量計(jì)在20世紀(jì)80年代由美國(guó)McCrometer公司研制并推向市場(chǎng)。由于其在測(cè)量性能上的諸多優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用和研究。安裝條件對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)的性能影響也被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。同樣作為差壓式流量計(jì)，科研部門和科研工作者對(duì)其與其他差壓流量計(jì)在不同工況下的測(cè)量性能做了大量研究工作，并普遍認(rèn)為內(nèi)錐流量計(jì)具有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)性能，對(duì)前后直管段的要求也比標(biāo)準(zhǔn)差壓式流量計(jì)低。McCrometer公司也對(duì)不同差壓式流量計(jì)做了大量比較工作，并認(rèn)為內(nèi)錐流量計(jì)在多方面性能優(yōu)于其他節(jié)流式流量計(jì)。
目前，國(guó)內(nèi)對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)乃至安裝條件要求多直接采用美國(guó)McCrometer公司產(chǎn)品說明書。由于內(nèi)錐流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化過程尚需時(shí)日，不同安裝條件對(duì)流出系數(shù)的影響亟待補(bǔ)充。國(guó)內(nèi)關(guān)于內(nèi)錐流量計(jì)安裝條件影響的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少。本文通過仿真實(shí)驗(yàn)，研究在100，92mm口徑管道上內(nèi)錐流量計(jì)的適配性問題。通過在100mm口徑管道上對(duì)直徑比為0.65的內(nèi)錐流量計(jì)進(jìn)行以常壓氣體為流動(dòng)介質(zhì)的實(shí)流實(shí)驗(yàn)，以流出系數(shù)平均相對(duì)誤差、線性度和不確定度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，開展上游組合管件對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)性能影響的研究。給出不同上游組合管件情況下，前直管段長(zhǎng)度建議。結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，分析孔板和內(nèi)錐節(jié)流區(qū)后部流場(chǎng)的區(qū)別。
1 管道適配性仿真研究
本文選用McCrometer公司生產(chǎn)的內(nèi)錐流量計(jì)作為實(shí)驗(yàn)流量計(jì)。由于該公司生產(chǎn)的內(nèi)錐流量計(jì)內(nèi)部尺寸采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，各型號(hào)內(nèi)徑均不等于100mm。根據(jù)內(nèi)錐流量計(jì)前后端面幾何尺寸情況，最終選用內(nèi)徑為4in（1in=2.54cm）的L懸臂型內(nèi)錐流量計(jì)，直徑比β為0.6465，內(nèi)徑為92.5576mm，前錐角為53°，后錐角為127°。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括法蘭、測(cè)量管、差壓變送器、壓力傳感器和錐體。由于管道直徑與內(nèi)錐流量計(jì)的直徑偏差僅為8%，且流量計(jì)上游端面與上游取壓孔平面有101.6mm距離，所以，認(rèn)為對(duì)測(cè)量性能的主要影響因素是不同管件對(duì)流場(chǎng)的影響，而直徑偏差的影響可忽略不計(jì)。
圖1 內(nèi)錐流量計(jì)結(jié)構(gòu)
Fluent數(shù)值模擬采用k-epsilon-Standard湍流模型和標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，離散方程組的壓力速度耦合選擇SIMPLE算法，動(dòng)量、湍流動(dòng)能、湍流耗散率均用二階迎風(fēng)差分格式。介質(zhì)使用空氣，密度ρ氣=1.1614kg/m3，動(dòng)力粘度μ氣= 1.845×10-5kg/（m·s），運(yùn)動(dòng)粘度ν氣=1.589×10-5m2/s。從圖2可以看出：在內(nèi)徑為92mm的管道中，內(nèi)錐流量計(jì)的流出系數(shù)較在100mm管道中偏小，最大相對(duì)誤差僅為0.4%，且除最低雷諾數(shù)的仿真結(jié)果外，其他誤差均不大于0.15%。因此，可以認(rèn)為內(nèi)徑92mm的內(nèi)錐流量計(jì)在內(nèi)徑為100mm的管道中是適用的。
圖2 相對(duì)誤差
2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)在天津大學(xué)過程檢測(cè)和控制實(shí)驗(yàn)室的高精度常壓氣流量實(shí)驗(yàn)裝置上完成。采用標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)定內(nèi)錐流量計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)表為渦輪流量計(jì)，為整個(gè)實(shí)驗(yàn)提供準(zhǔn)確流量值。可測(cè)流量范圍25～1400為m3/h，精度為0.5%，重復(fù)性為0.06%。管道為水平方向。選用D=100mm口徑的實(shí)驗(yàn)管道。圖3為實(shí)驗(yàn)裝置示意。通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從管道入口出抽取空氣作為實(shí)驗(yàn)流動(dòng)介質(zhì)，為實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定的氣流。差壓變送器采用2只橫河EJA110A，精度為0.075%，量程分別為0～1，0～10kPa。選用研華PCI—1780采集卡采集標(biāo)準(zhǔn)表頻率信號(hào)，選用研華PCI—1716的16位A/D信號(hào)采集卡采集壓力與溫度信號(hào)。計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表、差壓變送器和溫度傳感器輸出信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。
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評(píng)論