變徑整流器在流量測(cè)量中的應(yīng)用

1、變徑整流器在流量測(cè)量中的應(yīng)用Changes the diameter rectifier's in flow measurement application 一、概述  傳統(tǒng)的流體整流器經(jīng)長(zhǎng)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(diào)整管道內(nèi)的速度分布，以達(dá)到整流的目的；這一類(lèi)整流器主要用于實(shí)驗(yàn)室和流量標(biāo)定系統(tǒng)。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(jì)由于其獨(dú)特的性能，一直受到人們重視，并己到了廣泛的應(yīng)用，但仍有兩個(gè)方面的問(wèn)題困擾著人們，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

2、配裝較長(zhǎng)直管道(一般為1540倍的工藝管內(nèi)徑的長(zhǎng)度)，而在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)是很難滿(mǎn)足的。二是，渦街流量計(jì)主要特點(diǎn)之一是量程寬，一般在10：1左右，應(yīng)該說(shuō)這樣寬的測(cè)量范圍應(yīng)屬比較優(yōu)良的性能，但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，最大流量遠(yuǎn)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(jì)量準(zhǔn)確度下降，這時(shí)信號(hào)較弱，儀表的抗干擾能力也下降。為了測(cè)量小流量，人們往往采用內(nèi)腔形狀為園臺(tái)的傳統(tǒng)變徑管，經(jīng)過(guò)縮徑提高測(cè)量處的流速。使渦街流量計(jì)工作在正常流速范圍內(nèi)，但這種變徑方式，結(jié)構(gòu)尺寸大(一般長(zhǎng)度為工藝管內(nèi)徑的35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(zhuǎn)流團(tuán)，增大局部阻力損

3、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(nèi)徑長(zhǎng)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。 （圖1）縱端面采用特殊形線的變徑整流器(己申報(bào)國(guó)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(jié)構(gòu)尺寸小，長(zhǎng)度僅為工藝管內(nèi)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(duì)上游直管道的要求。實(shí)驗(yàn)表明：儀表上游阻力件為一個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)90°彎頭 在一般情況下，渦街流量計(jì)上游側(cè)應(yīng)加裝大于20倍管道內(nèi)徑長(zhǎng)度的直管道，而渦街流量計(jì)加裝了變徑整流器大大降低了對(duì)上游測(cè)直管道長(zhǎng)度的

4、要求，其阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)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(yīng)該指出，傳統(tǒng)的變徑管可以經(jīng)過(guò)縮徑，并配以較小口徑的流量計(jì)來(lái)達(dá)到測(cè)量小流量的目的，但是這種方法不可能擴(kuò)大儀表的量程比，因?yàn)樗⒛└淖児艿赖牧魉俜植紶顟B(tài)。我們知道，渦街流量計(jì)的理論及推導(dǎo)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(zhuǎn)拋物面，雖然選擇合理的柱型，使柱體兩側(cè)弓形面的流速分布均勻，但實(shí)際上，工藝管道上回轉(zhuǎn)拋物面的流速分布的影響是客觀存在的。實(shí)驗(yàn)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(nèi)；但隨著流量的下降，這個(gè)影響越來(lái)越大，從大量標(biāo)定數(shù)據(jù)看，儀表常數(shù)總是隨著流量的減小而增大。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(shè)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，在出口處的速度不均勻度為U2，沿該流線，由伯努利方程得： 由式（6）可見(jiàn)，收縮比對(duì)出口處流速均勻度的影響，即對(duì)于一定的進(jìn)口速度不均勻度， 出口處的速度不均勻度將縮小n2倍。因此出口處流