利用弯管测量流量的理论与实践

　　随着工业生产的发展及能量管理技术的日益提高,对流量测量提出了新的、更加苛刻的要求,诸如要求测量特大、特小流量,多相流体的流量,强腐蚀性流体的流量等,迫使人们进行更加深入、更为广泛的研究,以期适应新形势下对流量检测的要求。目前流量测量的方法虽然很多,但许多测量的方法因价格昂贵、施测困难、精度不高、干扰流场或不能实时连续测量、测量范围有限等原因在生产中应用受到限制,特别是大管径、大流量的测量还十分困难。在流体输送管道中,利用流体通过弯管时局部压力的变化特性来测量管道内流体的流量,是管道流量测量的一种十分简便的方法。弯管作为输送管道的组成部分不产生附加阻力,具有安装测量方便、造价低、使用寿命长、免维修或维修量小等诸多优点是一般流量检测仪所不具备的,因此是一种值得推广的流量测量装置。

　　1　利用弯管测量流量的基本原理

　　流体流经弯管时,由于管内流线显著弯曲,沿断面有较大的惯性力(离心力)作用,在弯曲管段部分沿离心力方向流速减小而压力增加。弯管断面压力的不均匀分布,表现出压力与惯性力的平衡,而惯性力又与速度关联。弯管流量计正是利用此特性来测量流经弯管的流体流量。

　　设弯管的曲率半径为rc,弯管的内半径为r0,弯管同一截面上内、外侧两点的速度和压力分别为v1、v2、和p1、p2(如图1所示)。

　　水平放置的弯管内、外侧具有如下关系^[1]:

　　设流体流经微元面rdrdθ(如图1, r为管道截面内任意点距圆形管道中心的距离,θ为同一截面上r与rc的夹角)的流量为dq,则

　　χ称为弯管的流量因子^[2],由实验确定。与参考文献[2]推荐的流量因子公式不同。

　　综上可见,对于一既定的弯管,通过对流体流经弯管时产生的压力差和流体的相关参数的检测,利用微机可方便地确定出流量。

　　2　弯管内流体流动的模拟计算

　　假设弯管内流体为不可压缩的实际流体,连续稳定地流经弯管,弯管内流动的流体满足连续性方程、运动方程和能量方程等。方程组的求解采用软件PHOENICS (ParabolicHyperbolic Or Elliptic Numerical In-tegration Codes Series)进行。利用PHOENICS3·3·0软件的适体坐标系统,使用GSET命令定义所计算弯管的相关参数特性如下:

　　*Set points (弯管上的关键点的设置)

　　A点: XPO=4·3964E-01; YPO=1·4645E-02;

　　ZPO=0·0000E+00; GSET (P, A)

　　B点: XPO=5·1036E-01; YPO=1·4645E-02;

　　ZPO=0·0000E+00; GSET (P, B)