液体流量标准装置中调节阀后流速分布研究

　　0 引言

　　在流量计量和检测过程中，广泛使用流量调节阀来调节管道中流体( 一般指水) 的流量。当流体流过不同开度的调节阀时，由于阀体结构的影响，将会产生诸如旋涡、空化、水锤及死水区等水流现象。这些现象不仅影响阀道局部水头的损失，而且也会严重破坏管道中流体的流速分布，从而给流量计的计量带来较大影响，最终影响流量计计量性能的准确检测[1 -4]。

　　在流速分布方面，国内外学者已做了大量的研究工作，并取得了许多研究成果[5 -8]，但这些成果并没有从流量计量和检测的角度，将流速分布对流量计量的准确性及可靠性的影响问题进行深入研究。本文在总结前人研究的基础上，采用皮托管对距离调节阀 1 倍、5 倍及 10 倍管径处的流速分布进行了研究，得到了各距离的流速分布图; 然后，对流速分布图进行了分析，取得了较好的研究结果。

　　1 皮托管流速测量原理

　　假定管道内的流体为不可压缩性流体，则伯努利方程可以写为[9]:

　　式中: p 为流体的静压; p0为流体的总压; ρ 为流体的密度; v 为流体的流速。

　　由式( 1) 可得:

　　式( 2) 为皮托管的基本方程。

　　考虑到总压与静压的测量误差，利用它们的测量值进行流速计算时，应做适当的修正[10]。因此，引入皮托管的流速修正系数 k，则式( 2) 可以写为:

　　式中: k 为皮托管的流速修正系数，它由试验标定得到。

　　由式( 3) 可知，只要同时测得皮托管的总压和静压，即可计算皮托管头部对应点的流体流速。

　　2 试验装置及条件

　　试验装置主要由动力设备、水源稳压设备、标准流量计、前直管段、试验段和后直管段等六部分组成。试验装置如图 1 所示。

　　试验介质为水，试验过程中的水由水泵导入水源稳压装置，经过稳压装置稳定后的水由涡轮流量计计量后，再经过一个足够长的直管段，最后进入试验段。在试验段安装有单座调节阀，在调节阀下游皮托管总压信号及静压信号均采用英国德鲁克 PTX7517 型压力变送器( 具有相同量程范围、相同响应频率) 进行测量。最后，采用 NI USB-6009 数据采集卡和计算机对得到的总压及静压信号进行采样，采样频率为 500 Hz。

　　试验管路内径为 d =50 mm，水的密度为 998 kg/m³，试验温度为常温。皮托管沿管道径向垂直深入管道的安装位置如图 2所示，其中虚线位置为皮托管头部深入管道的位置。

　　由图 2 可以看出，皮托管径向垂直深入管道的位置是沿管道径向将管道均分为十等分，管道中心线两侧各五等分。根据调节阀内部结构的对称性，只需测得管道中心线一侧各等分点上的压力波动信号，就可对称地得到管道中心线另一侧对应等分点上的压力波动信号。本文将皮托管沿管道一侧对各等分点上( 即对沿管道径向深入管道 0. 1d、0. 2d、0. 3d、0. 4d、0. 5d、0. 6d、0. 7d、0. 8d、0. 9d 处) 的总压及静压波动信号进行了测量。