摘要：測(cè)量大管(guǎn)徑、大流(liu)量管道(dào)流量時(shi)常用的(de)各類流(liú)量計 精(jing)度較低(dī)、價格昂(áng)貴、安裝(zhuang)複雜。差(chà)壓式流(liu)量計應(yīng)用廣泛(fàn)且造😄價(jia)低，但精(jing)度較低(dī)，項目旨(zhǐ)在研究(jiū)差壓式(shi)流量計(jì)用于大(da)管徑🈲低(dī)流速的(de)液體測(cè)量時會(hui)因差壓(yā)太小測(cè)量精✍️度(dù)低這個(gè)缺點進(jin)行改造(zao)。提出利(lì)用㊙️彎道(dao)布置🐅流(liú)量計，依(yī)據彎道(dào)管内水(shuǐ)動力學(xué)規律，研(yán)⛱️究彎道(dao)内總流(liu)量與旁(páng)通管内(nèi)流量關(guān)㊙️系，通過(guo)實驗研(yan)究率定(dìng)設備參(can)數。
1概述(shù)
　　近年來(lai)，我國大(dà)量水利(lì)科研工(gōng)作者緻(zhi)力于各(ge)種流量(liang)計的研(yán)發，并取(qǔ)得了重(zhòng)大的進(jin)展，國産(chan)流量計(ji)不論是(shì)在性能(neng)上還是(shì)在技術(shu)上均已(yi)經處于(yú)國際領(ling)先水平(píng)。但在測(cè)量150mm以上(shang)口徑的(de)管道流(liú)量上，目(mù)前的加(jiā)工制造(zao)技術還(hái)比較落(luo)後，不能(néng)生産出(chū)滿意的(de)優質産(chan)品。目前(qian)國内外(wai)學者對(dui)大管徑(jìng)、大流速(su)的流量(liàng)計開展(zhǎn)了廣泛(fàn)的研究(jiu)，針對矩(jǔ)形大口(kǒu)徑彎道(dao)👈流量計(ji)壓強分(fen)布問題(ti)，通過對(duì)👉大量數(shu)據進行(hang)處理，推(tui)導出針(zhēn)對不同(tong)位置、不(bú)同斷面(miàn)的大口(kǒu)徑彎道(dao)流量計(jì)的流量(liàng)系數公(gōng)式；針對(duì)⚽流量系(xì)數與彎(wān)管直徑(jing)的變化(huà)規律的(de)問題，利(lì)🔴用RNGK-＆湍流(liú)模型，研(yán)究了彎(wan)管内外(wài)壁壓強(qiang)沿程分(fen)布和彎(wān)徑比🔅對(dui)彎道壓(ya)強的影(yǐng)響，進而(ér)💃🏻推求出(chū)不同彎(wān)徑比、不(bú)同管徑(jìng)情況下(xià)流量壓(ya)差之間(jiān)的關系(xì)🔞；中國計(ji)量學院(yuan)以50毫米(mǐ)🏃‍♀️管徑爲(wèi)✍️實驗前(qian)提，經過(guo)大量實(shí)驗研發(fa)了一種(zhǒng)新型的(de)差壓式(shi)流量計(ji)-雙錐流(liu)量計，并(bìng)将Fluent仿🏃🏻‍♂️真(zhēn)軟件與(yǔ)實流實(shi)驗相結(jié)合，研究(jiū)雙錐流(liú)量計流(liú)出系數(shu)在雙錐(zhui)直徑比(bǐ)作用下(xià)的流量(liang)規律。
2理(lǐ)論分析(xī)
　　通過分(fen)析 差壓(yā)式流量(liang)計 精度(dù)低的原(yuán)因，研究(jiū)分析流(liu)速與壓(yā)差的關(guān)系式，運(yun)用彎道(dào)管内水(shui)動力學(xue)規律，設(she)計一種(zhǒng)新型的(de)彎道旁(páng)通流量(liang)計，以解(jiě)決差壓(ya)式流量(liàng)計用于(yú)大管徑(jing)低流速(su)的液體(tǐ)測🍉量時(shí)會❄️導緻(zhi)差壓太(tài)小從而(ér)變測量(liàng)不出來(lai)或者測(ce)量精度(du)低這個(ge)缺點。理(lǐ)論上，流(liú)體流經(jīng)彎管，在(zai)彎曲部(bu)分的任(ren)意一個(ge)圓截面(miàn)上産生(sheng)的📞動量(liang)矩是大(dà)緻🏃🏻相同(tóng)的。但由(you)于🌈彎道(dào)離心力(lì)的作用(yòng)🏃🏻，流體在(zài)彎🌈道内(nei)外⛷️兩側(ce)之間将(jiang)産生一(yi)定的壓(ya)力差，促(cu)使流體(tǐ)在旁通(tōng)管🙇‍♀️内流(liú)動。當彎(wan)道内總(zong)流量不(bú)同時，旁(páng)通管流(liu)量大小(xiao)存在較(jiao)大差異(yi)，旁通管(guan)内流量(liàng)🔴大小取(qu)決于彎(wan)道内總(zong)流量。
2.1彎(wān)道管内(nei)水流運(yun)動規律(lǜ)
　　爲避免(mian)複雜的(de)彎道水(shui)流運動(dong)對實驗(yan)研究産(chǎn)生的不(bú)利因素(su)，現假設(shè)彎道内(nei)的水流(liu)爲理想(xiǎng)流體且(qie)爲恒定(ding)流，各種(zhong)運💛動要(yào)素均不(bu)随時間(jian)改變，彎(wan)管内的(de)💜水流随(sui)水流的(de)運動得(de)以充分(fen)發展。因(yin)水流受(shou)到彎管(guǎn)内壁的(de)約束作(zuò)用，當彎(wan)管通水(shuǐ)時，該作(zuò)用迫使(shi)水💚流改(gǎi)變原趨(qu)勢運動(dong)方向，随(suí)着此約(yue)束😘的不(bú)斷增強(qiang)，水流沿(yan)彎道作(zuo)急變流(liú)曲線運(yùn)動。根據(jù)以上分(fen)✉️析：彎道(dao)管内的(de)水流運(yun)動實際(ji)上是理(lǐ)想流體(ti)所作的(de)曲線有(you)勢運動(dòng)，且該運(yun)動以彎(wan)道曲率(lü)爲中心(xin)。進一步(bu)分析分(fen)布于該(gāi)彎管中(zhōng)任意過(guò)🥵水斷面(miàn)的水流(liu)如下：在(zài)彎道中(zhōng)任取n-n過(guò)⭐水斷面(mian)，并于水(shuǐ)平線成(cheng)夾角α，在(zài)所🛀截取(qǔ)的過水(shuǐ)斷面上(shang)取一微(wēi)分柱體(tǐ)，設彎管(guan)同一過(guo)🌏水斷面(miàn)内、外兩(liǎng)點的流(liú)速與壓(yā)強分别(bié)爲v1、v2和p1、p2，彎(wān)管的内(nei)半徑爲(wei)🎯r0，彎道中(zhong)任意點(diǎn)的流速(su)🐅爲u0，管道(dào)截面内(nèi)任意一(yī)點距圓(yuan)形管道(dào)中心的(de)距離爲(wèi)r，該微分(fèn)柱體兩(liǎng)🔴端形心(xin)點離基(ji)準面高(gāo)度分别(bie)爲z1和z2，作(zuò)用在微(wēi)分柱體(ti)上的力(li)在n方向(xiàng)上的投(tou)影分别(bie)爲該柱(zhu)體兩端(duan)面㊙️上的(de)動水壓(yā)力與，其(qí)自重沿(yán)n方向的(de)投影，其(qi)‼️所受的(de)🌈離心慣(guàn)性力爲(wèi)，在理想(xiǎng)流體的(de)勢流流(liu)動中，由(yóu)于n方🍉向(xiang)與流線(xian)正交，此(ci)方向上(shàng)各力代(dai)數和爲(wei)零，有：

　　由(you)以上推(tuī)導有：曲(qǔ)率中心(xīn)越近，流(liu)速越大(da)，壓強越(yue)小，旁通(tong)💔管✨内流(liú)量較小(xiao)；反之，則(ze)流速越(yue)小，壓強(qiang)越大，旁(pang)🏒通管内(nèi)流量較(jiào)大。
2.2研究(jiū)方法
　　從(cóng)研究彎(wān)道管内(nei)水流運(yùn)動規律(lǜ)出發，根(gen)據現有(yǒu)的研究(jiū)技術嘗(cháng)試性的(de)研究彎(wan)道角度(du)、管道直(zhi)徑、流速(su)對彎管(guan)内總流(liú)量與旁(páng)通👌管内(nèi)流量關(guan)系的影(yǐng)響，研💚發(fā)出該裝(zhuang)置，進行(hang)實驗驗(yan)證與💋分(fèn)析，利用(yong)能量方(fāng)程、動量(liang)方程⭐，最(zuì)終結合(he)實驗數(shù)據得出(chu)彎道内(nei)總流量(liàng)與旁通(tong)管内流(liú)量關系(xì)，從㊙️而提(ti)高對大(da)管徑低(di)流速的(de)液體進(jin)行流量(liàng)測定時(shi)的精度(du)。假設彎(wān)管内✂️的(de)流體爲(wei)不可壓(ya)縮的🐕實(shí)際流體(tǐ)，其可連(lián)續穩定(ding)的流經(jing)彎管，彎(wān)管内流(liú)動的流(liu)體滿足(zu)連續性(xing)方程、能(néng)量方程(cheng)和動量(liang)方程等(deng)。綜上可(kě)見，對于(yu)既定的(de)彎管，通(tōng)過💘測定(dìng)流體流(liú)經彎管(guǎn)時産生(sheng)的壓力(li)差和流(liú)體相關(guan)參數，利(lì)用電磁(cí)流量計(ji)測出旁(pang)通管流(liu)量，繼而(er)推求出(chu)主管道(dao)内總流(liu)量。
3流量(liàng)關系公(gōng)式的實(shi)驗驗證(zhèng)
　　彎道内(nei)總流量(liang)-旁通管(guan)内流量(liang)實驗裝(zhuāng)置的設(shè)計：
　　爲了(le)對推導(dao)流量關(guān)系基本(běn)公式進(jìn)行實驗(yàn)驗證、并(bìng)對💃🏻基本(běn)公㊙️式中(zhong)流量參(cān)數的變(biàn)化規律(lǜ)進行研(yán)究，采⭐用(yong)實驗裝(zhuāng)✔️置進行(háng)了實驗(yàn)❤️測量。測(cè)量儀器(qi)準備就(jiu)緒後，開(kai)啓👅水泵(bèng)向管路(lu)中充水(shui)。按不同(tong)開度打(dǎ)開控制(zhì)閥門，待(dai)管道中(zhong)水流⭐穩(wen)定後，使(shǐ)經濟流(liú)速分别(bié)控制在(zai)，同時分(fen)别讀取(qǔ)電磁流(liú)量計和(he)電子渦(wō)輪流量(liang)計🌈的讀(du)數。當閥(fá)💞門達到(dao)最大開(kai)度後，再(zai)逐漸關(guan)閉控制(zhì)閥門，按(àn)同✔️樣方(fang)法讀取(qu)和記錄(lu)測量數(shù)據。取同(tong)一開度(du)兩次數(shù)據平均(jun1)值💔作爲(wèi)該開度(du)下的🌂測(cè)量數據(jù)。
4測試結(jie)果分析(xi)
　　經過多(duo)次模拟(ni)及模型(xíng)試驗，通(tong)過改變(bian)彎管上(shang)測壓孔(kong)的位置(zhì)與彎道(dao)管徑，即(jí)改變壓(ya)力作用(yòng)點，改變(biàn)彎管總(zong)流量發(fa)現：
　　當流(liu)體進入(ru)彎管後(hou)，因爲彎(wān)道外壁(bi)對流體(tǐ)産生一(yī)定的導(dao)流作用(yong)，流體在(zài)作圓周(zhōu)運動時(shí)所産生(shēng)的離🙇‍♀️心(xīn)力作用(yong)于彎管(guan)的内外(wài)兩側,使(shi)彎道内(nei)外兩側(cè)産生一(yi)個壓力(lì)差，這個(ge)壓力差(cha)促使流(liú)體在旁(pang)通管内(nei)流動， 電(diàn)磁流量(liàng)計 測量(liàng)流經旁(páng)通管内(nei)的流量(liàng)，測壓孔(kong)取在彎(wān)管45°截面(miàn)時旁通(tong)📧管内🌂流(liu)量達到(dào)最大，最(zuì)穩定；測(cè)壓孔取(qu)在彎管(guǎn)22.5°截面時(shí)旁通管(guan)内流量(liàng)測量值(zhi)誤差較(jiao)大，但具(ju)有較好(hǎo)的重現(xiàn)性；測壓(yā)孔取在(zài)彎管67.5°截(jié)面時旁(páng)通管内(nèi)流量測(ce)量誤差(chà)值呈發(fa)散現象(xiàng)。
5結論與(yǔ)展望
5.1結(jie)論
　　本設(shè)計采用(yòng)模拟與(yǔ)模型試(shì)驗相結(jie)合的方(fang)法綜合(hé)分析研(yan)究了管(guǎn)道彎道(dào)旁通流(liu)量計的(de)特性并(bing)得出以(yǐ)下主要(yào)結論：
（1）由(yóu)于彎道(dào)離心力(li)的作用(yòng)，流體在(zai)彎道内(nei)外兩側(cè)之間🚶‍♀️将(jiang)産生一(yī)定的壓(yā)力差，促(cù)使流體(ti)在旁通(tong)管内流(liu)動。
（2）當彎(wan)管内總(zǒng)流量不(bú)同時，旁(pang)通管流(liu)量大小(xiao)存在較(jiào)大差異(yi)，此流量(liàng)的大小(xiǎo)與彎管(guan)内總流(liú)量有關(guān)。
（3）通過觀(guān)測旁通(tong)所聯通(tōng)的電磁(ci)流量計(ji)讀數，确(què)定小🏃‍♀️彎(wan)管内的(de)流量，根(gēn)據模拟(nǐ)出的大(dà)小彎管(guǎn)之間的(de)流量大(dà)小關系(xì)，從而推(tui)🌈知管道(dao)内總流(liú)量，且測(cè)壓孔取(qu)👨‍❤️‍👨在彎管(guǎn)45°截面時(shí)，所推求(qiú)的管道(dào)内總流(liú)量與實(shí)際流量(liàng)誤差最(zui)小。本課(kè)題創造(zào)性的提(ti)出利用(yong)彎道布(bù)置⛱️流量(liàng)計，依據(ju)彎道管(guǎn)内水動(dong)力學規(gui)律，研究(jiū)彎道内(nei)📐總流量(liang)與旁✍️通(tōng)管内流(liú)量關系(xì)，通過實(shí)驗研究(jiū)⭐率定設(she)備參數(shù)⚽，應用前(qian)⛷️景廣闊(kuò)。
5.2展望
　　需(xu)要指出(chu)的是，管(guan)道彎道(dao)旁通流(liú)量計是(shi)一種新(xin)型🆚的結(jie)構型式(shì)，目前在(zai)此方面(mian)的國内(nei)外的理(li)論研究(jiū)和實📧踐(jiàn)較少，因(yin)‼️此，要📞使(shi)這💚種新(xīn)型結構(gòu)盡快得(dé)到廣泛(fan)使用，還(hai)需要進(jìn)一步深(shēn)入探讨(tǎo)。本設計(ji)模拟與(yǔ)模型試(shi)驗對管(guan)道彎道(dao)旁通流(liú)量計的(de)特性進(jin)行了研(yán)究，但仍(réng)有不足(zú)之處，在(zai)以後的(de)研究中(zhōng)🥰可以從(cong)以下幾(jǐ)方面考(kao)慮：
（1）本設(shè)計中以(yi)恒定理(li)想液體(tǐ)爲基礎(chu)進行的(de)試驗，但(dàn)🌈在實際(ji)🔞工程中(zhōng)，流體通(tong)常爲非(fēi)恒定流(liú)，因此，以(yǐ)後的研(yan)究應在(zài)非恒❄️定(ding)流🐉作用(yòng)下進行(hang)。
（2）本設計(jì)中采用(yòng)的彎道(dao)管徑爲(wei)200mm和300mm，在以(yǐ)後的研(yán)究應采(cai)用管徑(jing)👈更大的(de)彎管進(jin)行試驗(yàn)，以調整(zhěng)參數的(de)變化的(de)範圍☂️，使(shi)經驗公(gong)式具有(yǒu)普遍适(shi)用性。

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