探討V錐流量計(jì)的直管段的長(zhǎng)度問題

1、1. 探討V錐流量計(jì)的直管段的長(zhǎng)度問題2. 探討V錐流量計(jì)的錐體振動(dòng)問題3. 探討V錐流量計(jì)的檢定及流出系數(shù)和可膨脹系數(shù)4. 探討V錐流量計(jì)的自清洗防堵問題5. 探討V錐流量計(jì)的耐高溫問題6. 探討V錐流量計(jì)的其他問題探討V錐流量計(jì)的錐體振動(dòng)問題V錐流量計(jì)熱潮好幾年了，原先人們提出的置疑有了相當(dāng)?shù)膯栴}發(fā)生；然而，廣告仍然繼續(xù)宣傳無試驗(yàn)驗(yàn)證的內(nèi)容；對(duì)此，對(duì)照該流量計(jì)的廣告宣傳繼續(xù)做探討，希望流量界同行參加討論，本篇是探討V錐流量計(jì)的錐體振動(dòng)問題，對(duì)我們的意見，如有不妥，請(qǐng)于指正！1. V錐流量計(jì)的廣告和說明書說：“V錐流量計(jì)沒有活動(dòng)件，使用壽命長(zhǎng)；可以作標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的換代產(chǎn)品等”。近來發(fā)生過V錐

2、流量計(jì)錐體脫落及其支撐桿折斷的問題，作為流量計(jì)，不僅沒有起到測(cè)量流量的目的，反而造成了事故，這給對(duì)V錐流量計(jì)的宣傳者和制造者提出了嚴(yán)重的問題。我們?cè)诖艘矊?duì)該流量計(jì)作一些分析，目的是探討對(duì)該流量計(jì)的認(rèn)識(shí)，是對(duì)貫徹科學(xué)發(fā)展觀的一些體會(huì)。2. V錐流量計(jì)的主體構(gòu)件是一個(gè)錐體被一個(gè)桿件支撐，安裝在管道中心受流體繞流，測(cè)量錐體形成的壓差求得流量的。這是一個(gè)典型的懸臂梁一端受集中載荷的振蕩環(huán)節(jié)。如圖1示 1. 分析受力情況選DN200口徑流量計(jì)，錐體直徑120，按給出的公式 計(jì)算，0.8。支撐桿直徑20；錐角約60度；錐體壁厚3mm。支撐桿和錐體中心有取壓孔。流量計(jì)中通水。計(jì)算流量計(jì)中的流場(chǎng)。用三維不可壓

3、縮穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型?？刂品匠蹋哼B續(xù)方程、運(yùn)動(dòng)方程、輸運(yùn)方程；以流量計(jì)體及錐體和流體接觸面為第一類邊界條件，以流量計(jì)進(jìn)、出口為第二類邊界條件，流速5m/s。計(jì)算壓力、流速分布，圖2是網(wǎng)格圖，圖3是壓力場(chǎng)，顯示壓力分布及錐體后漩渦。圖4同樣是壓力分布及漩渦。圖3、圖4是三維CFD計(jì)算結(jié)果，軸向切片圖。圖5 是壓力沿軸線分布點(diǎn) 圖2 V錐網(wǎng)格圖3 V錐壓力場(chǎng) 圖4 V錐壓力場(chǎng)圖5 壓力沿軸線分布點(diǎn)計(jì)算結(jié)果，V錐前后壓差約為60Pa，作用面積約為0.011m2 ,作用力約為6.6N（不計(jì)支撐桿上的受力）。以上計(jì)算顯示了錐體由于流體繞流產(chǎn)生的集中力，作用在支桿末端；錐體后顯示了流體流過錐體時(shí)形成的漩渦。

4、2. McCrometer公司在V錐的說明書中的表示，如圖6、7、8、9 圖6 V錐說明書中表示漩渦圖 圖7 V錐取壓圖 圖8 V錐位置圖 圖9 V錐后形成的壓力波V錐說明書中對(duì)于產(chǎn)生漩渦事實(shí)，基本和我們計(jì)算的一致。分歧在于說明書中把波動(dòng)縮小了，得出的結(jié)論也偏頗了。他們認(rèn)為，V錐后產(chǎn)生了小的低幅高頻漩渦，對(duì)很好的穩(wěn)定信號(hào)沒影響。圖6中左邊文字應(yīng)該是這個(gè)意思。3. V錐是否會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)?下面進(jìn)行分析。V錐的支撐桿是一個(gè)懸臂，集中在一端有一個(gè)集中載荷，這是一個(gè)典型的二次振蕩環(huán)節(jié)。這應(yīng)該是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。表征振蕩環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型是 等號(hào)左邊第一項(xiàng)是錐體的慣性力，第二項(xiàng)是錐體被流體作用的阻尼力，第三項(xiàng)是支

5、桿懸臂的彈性力；等號(hào)右端是流體對(duì)錐體（懸臂支桿上的集中載荷和分布載荷）的主動(dòng)作用力。兩邊取laplace變換，求出該懸臂系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)是 為方便計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，得由根軌跡法判斷其穩(wěn)定性。圖10 懸臂V錐的根軌跡，紅點(diǎn)以左是穩(wěn)定區(qū) 圖11 圖10中右邊紅點(diǎn)以左的單位階躍響應(yīng)由圖11顯示，為收斂圖12 圖10中紅點(diǎn)以左單位脈沖響應(yīng)由圖12顯示為收斂圖13 乃氏圖，實(shí)軸零點(diǎn)（橫軸0點(diǎn)）以左穩(wěn)定，以右不穩(wěn)定圖14根軌跡右邊紅點(diǎn)以右為不穩(wěn)定區(qū),單位階躍響應(yīng)發(fā)散 圖15根軌跡右邊紅點(diǎn)以右為不穩(wěn)定區(qū),單位脈沖響應(yīng)發(fā)散4. 分析從V錐流量計(jì)的結(jié)構(gòu)看，是典型的二次振蕩結(jié)構(gòu)；其特點(diǎn)是，在一些情況下是穩(wěn)定的，其他情況是不穩(wěn)定的；在不穩(wěn)定情況下，振動(dòng)頻率和自振頻率相似或者相同時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，上面分析圖中的發(fā)散表明了這一點(diǎn)。當(dāng)振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，在一些特定位置發(fā)生應(yīng)力集中，工作時(shí)間長(zhǎng)時(shí)支撐桿發(fā)生疲勞，繼而斷裂。這種會(huì)發(fā)生斷裂的頻率范圍是多少，在V錐流量計(jì)的說明書中沒有給出，什么流量下頻率是多少，用戶無從知曉；如果恰好發(fā)生共振是在用戶使用的流量下發(fā)生了，造成事故的概率是很大的。另外在支撐桿上流體流過時(shí)發(fā)生“卡門”渦街，有流體誘發(fā)振蕩產(chǎn)生，這是另一個(gè)振蕩源；V錐本身受上游來流沖擊，即使是穩(wěn)定流，也會(huì)有偶爾的時(shí)變加速度產(chǎn)生，也是一個(gè)振蕩源。這些振