上游組合管件對內錐流量計性能的影響
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內錐流量計在20世紀80年代由美國McCrometer公司研制并推向市場。由于其在測量性能上的諸多優勢而被廣泛應用和研究。安裝條件對內錐流量計的性能影響也被國內外學者廣泛關注。同樣作為差壓式流量計，科研部門和科研工作者對其與其他差壓流量計在不同工況下的測量性能做了大量研究工作，并普遍認為內錐流量計具有較強的抗擾動性能，對前后直管段的要求也比標準差壓式流量計低。McCrometer公司也對不同差壓式流量計做了大量比較工作，并認為內錐流量計在多方面性能優于其他節流式流量計。
目前，國內對內錐流量計的技術指標乃至安裝條件要求多直接采用美國McCrometer公司產品說明書。由于內錐流量計標準化過程尚需時日，不同安裝條件對流出系數的影響亟待補充。國內關于內錐流量計安裝條件影響的實驗研究相對較少。本文通過仿真實驗，研究在100，92mm口徑管道上內錐流量計的適配性問題。通過在100mm口徑管道上對直徑比為0.65的內錐流量計進行以常壓氣體為流動介質的實流實驗，以流出系數平均相對誤差、線性度和不確定度為評價指標，開展上游組合管件對內錐流量計性能影響的研究。給出不同上游組合管件情況下，前直管段長度建議。結合仿真實驗，分析孔板和內錐節流區后部流場的區別。
1 管道適配性仿真研究
本文選用McCrometer公司生產的內錐流量計作為實驗流量計。由于該公司生產的內錐流量計內部尺寸采用美國標準，各型號內徑均不等于100mm。根據內錐流量計前后端面幾何尺寸情況，最終選用內徑為4in（1in=2.54cm）的L懸臂型內錐流量計，直徑比β為0.6465，內徑為92.5576mm，前錐角為53°，后錐角為127°。結構圖如圖1所示，包括法蘭、測量管、差壓變送器、壓力傳感器和錐體。由于管道直徑與內錐流量計的直徑偏差僅為8%，且流量計上游端面與上游取壓孔平面有101.6mm距離，所以，認為對測量性能的主要影響因素是不同管件對流場的影響，而直徑偏差的影響可忽略不計。
圖1 內錐流量計結構
Fluent數值模擬采用k-epsilon-Standard湍流模型和標準壁面函數，離散方程組的壓力速度耦合選擇SIMPLE算法，動量、湍流動能、湍流耗散率均用二階迎風差分格式。介質使用空氣，密度ρ氣=1.1614kg/m3，動力粘度μ氣= 1.845×10-5kg/（m·s），運動粘度ν氣=1.589×10-5m2/s。從圖2可以看出：在內徑為92mm的管道中，內錐流量計的流出系數較在100mm管道中偏小，最大相對誤差僅為0.4%，且除最低雷諾數的仿真結果外，其他誤差均不大于0.15%。因此，可以認為內徑92mm的內錐流量計在內徑為100mm的管道中是適用的。
圖2 相對誤差
2.1 實驗裝置
實驗在天津大學過程檢測和控制實驗室的高精度常壓氣流量實驗裝置上完成。采用標準表法標定內錐流量計。標準表為渦輪流量計，為整個實驗提供準確流量值。可測流量范圍25～1400為m3/h，精度為0.5%，重復性為0.06%。管道為水平方向。選用D=100mm口徑的實驗管道。圖3為實驗裝置示意。通過變頻器調節風機轉速，從管道入口出抽取空氣作為實驗流動介質，為實驗提供穩定的氣流。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采集卡采集標準表頻率信號，選用研華PCI—1716的16位A/D信號采集卡采集壓力與溫度信號。計算機用于實現對標準表、差壓變送器和溫度傳感器輸出信號的實時處理。
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