V锥差压流量计三维数值模拟与改进分析

　　传统的节流式差压流量计一般以标准孔板或喷嘴作为节流件[1].其节流装置本身不具有调整流动和保持流动稳定的功能,还使流动产生严重分离,导致其存在一系列缺点,如测量重复性和精确度在流量计中仅属中等水平、精确度难以提高、测量范围窄、现场安装条件要求较高、需较长的直管段及压力损失大等.这促使研究人员探索新型节流装置.迄今较成功的有V锥差压流量计.它是一种新型的差压流量计.自80年代推出以来便得到了广泛的应用.它与其他类型的差压流量计的基本工作原理相同,但V锥的独特设计,扩大了流量测量范围,并避免了传统差压流量仪表的一些局限性.经过长期的使用证明,V锥流量计与一般差压流量计相比,具有长期精度高、重复性好、受安装条件局限小、耐磨损及测量范围宽等特点,更由于V形锥体作为流场的整流器而成为一种具有独特性能的优异的新型流量计.

　　由于没有锐利的缘口,V锥引起的永久性压力损失恒定且要比孔板小.在所有的差压流量计中,只有V锥流量计的压损与文丘里管流量计的接近.同时,极其稳定的信号使得差压的量程下限远比一般差压流量计的低,因此,量程得以向下限扩展,通常量程比为15∶1,雷诺数低于8 000时仍可保持信号的线性.

　　V锥流量计可测量介质包括水、蒸汽、空气、天然气、氨气、焦炉煤气及有机气体等.流体的条件可从深低温到超临界状态,工作温度最高为700°,最大压力10.5 MPa.若用特殊结构材质,温度、压力还可更高.可测量最高雷诺数为50万,最低雷诺数为8 000,甚至更低,产生满刻度差压信号为kPa.

　　1　流量计的结构和工作原理

　　V锥差压流量计主要包括在测量管中同轴安装的V锥和用于固定V锥的架,如图1所示.

　　当流体在通过V锥节流装置时会造成局部收缩.在收缩处,流速增加,静压力降低,因此,在V锥的前后将产生一定的压力差.测压位置分别安置在V锥前缘的高压区和V锥尖端后的低压区,以此来得到压力差[2,3].

　　由于流体不是被迫收缩到管道中心轴线附近的,并且也不再是一个阻挡物(节流元件)令流体突然改变流动方向,而是利用这种结构新颖的V锥节流元件实现了对流体的逐渐朝向管内边壁的收缩(节流),使V锥压差流量计具有了一系列独特的优点.这种流量计在其节流件的下游只会产生高频低幅的湍流,因此,差压变送器所测量到的差压信号是低噪声信号.这样在低压力的取压孔处可以测得灵敏度(分辨率)优于24.5 Pa的压力.只用一个差压变送器就能够获得很宽的量程比(量程比可大于15∶1)和很好的测量重复性,使重复性优于±0.1%成为可能.