弯管流量计的特性实验研究

　　弯管流量计,有着较多的特别优点:首先是结构简单,费用省,其次是弯管流量计无阻碍管流流动的部件,不产生管路额外压损,测量方便(测差压),另外它还可以对任一流向的管流进行测量.

　　目前,弯管作流量计用的还不是很多,主要是还未有一个标准,对此,前人也进行过较多的理论和实验的研究.但一般的研究较多的注重于不同的材料和不同的弯角,而对同一弯管在管路系统中的不同安装位置,及同一位置的不同安装方法(水平和竖直)进行的实验研究较少,本文就此做了一些实验研究,并给出了一些实验的结果.

　　1　弯管测量原理及流量方程

　　当流体流经管道弯曲部分时,流体的流动方向发生变化,根据Bernoulli方程:

　　当管道中流体流动发生时,则在弯管的内外两侧的静压力发生变化,而且此压力的平方根与管道中流量成正比.

　　目前对弯管作流量计的流动特性解释有三种理论:其中有二种是从“自由旋流”理论得出的.其速度分布满足双曲线方程.

　　式中,r为任一点距弯管曲率中心的距离.另一种是根据“刚体微元”理论得出的,称其为“强迫旋流”理论.其速度分布方程为:

　　式中,ω为各点均衡的角速度.

　　图1和图2为两种旋流示意图。

　　根据管道流体流动的动量守衡原理,我们可以得到弯管的强迫旋流流量公式为:

　　自由旋流流量公式为:

　　式中:x=RD/2;α是弯管流量系数,只要取压口较准确位于β/2位置处,α都十分接近于1;C1和C2是弯管流量校正系数,由实验获得,其值越接近于1,表明流量公式越能如实地描述实际流动情况;D是管道直径;R是弯管曲率半径;ΔH是液柱高度,代表差压.

　　2　实验装置及设备

　　本实验所用的是静态容积法水流量标准装置.如图3.

　　3　实验数据记录及处理

　　3.1　所用弯管参数

　　(a)90°弯管,内径40mm,曲率半径50mm.

　　(b)180°弯管,内径40mm,曲率半径65mm.

　　3.2　数据记录(90°弯管水平安装)及处理结果:

　　3.3　数据记录(90°弯管竖直平面安装)及数据处理结果:

　　3.4　数据记录(180°弯管水平安装)及数据处理结果:

　　4　结果比较

　　4.1　90°弯管不同安装置位的比较

　　比较表1和表2中的流量校准系数C1、C2,可以得到:

　　1.90°竖直平面安装的弯管,其流量校正系数C1和C2值,均大于水平平面安装的流量校正系数C1和C2,这是因为弯管内外测压点存在一定的水位差Z的因素,而水平平面安装没有这一误差因素的影响.