上游流动干扰对V锥流量计性能的影响

　　为进行贸易输送和工业中的过程控制,流体流量的精确测量是极为重要的。在许多运行中,能进行准确的流量测量的能力是如此的重要,它能造成赢利或亏损的巨大差别。对于这样的使用场合,多采用一些专用的流量计,如涡轮、涡街流量计或科里奥利流量计,这是因为,如在理想条件下使用它们,它们可有高准确度,其数量级为±0·1%。对于大多数的工业应用场合,多采用差压式流量计,如孔板流量计、文丘里流量计、喷嘴流量计或其他变型的差压式流量计。这些流量计的局限性是它们的量程比约为5：1,要求提供上、下游的最小长度的直管段以确保有适合的流动条件。广泛使用孔板是由于它价格低,结构简单,维护要求低和较高的可靠性[1]。特殊的其他类型的孔板有:圆缺、偏心、1/4圆、锥形入口、变面积(线性)孔板和环形孔板等,在过去的几年中,为特殊的使用场合而将它们开发出来的,目前在市场上都可买到[2~4]。在上个世纪末,有几种新型差压式流量计被开发出来,这就是楔形流量计、变面积孔板流量计和V锥流量计,开发这些新型流量计的目的是:改善量程比以及使Cd对雷诺数ReD不敏感。为了使上、下游所要求的直管段长度最小化同时还改善准确度,已经作了不少的努力。在一些工业的应用场所,由于上游的流动被干扰从而造成测量误差。在这些条件下, Shenmin[5]认为V锥流量计被证明是一种富有生命力的可替换的产品(仪表)。

　　大概是由于机密性(关于保密的要求)和专利的要求,现已公布的有关V锥流量计结构设计的可利用的文献很缺乏[6]。有关制造厂宣称: V锥流量计能够在30：1的量程比条件下,以高达±0·5% (原文此处为±0·05%恐有误)的准确度给出流量测量结果。此外,还宣称V锥流量计的重复性为±0·1%,而其他流量测量仪表的重复性为±0·2%。V锥流量计不需要经常校准(重新标定)。除这些优点以外, V锥流量计更加耐磨蚀和磨损,这是由它的几何形状所决定的。通过减少一次元件与高速流体的接触,这种尖圆锥体的结构设计将磨损(磨蚀)减至最小[7]。如果与其他流量计相比, V锥流量计要求更短的上游直管段,甚至在被干扰的流动条件下, V锥流量计也能有效地进行测量。这导致在海上及炼油工业中日益增多地采用V锥流量计[8]。V锥流量计的基本结构以及它的锥体几何形状和取压孔的位置使得它对外界的振动不敏感。

　　在较低的雷诺数下,速度分布不再平坦(不像在高速模式下那样平坦),此时为一个抛物体形状,此时在管道中心轴线上具有最高的流速。Liptak[9]报告,在管内壁与V锥体之间的环形区间内,势必会使速度分布变得更为平坦。通过使管道中心轴线上的流速变缓,同时使接近管内壁处的流体加速,从而获得一个更为均匀一致的速度分布。Genesi等人[10]表明, V锥体在流动的流体中会产生一个受控制的紊流区,它能使管道中的速度分布改变形状,这正是流量测量所希望和要求的。由于在V锥体的表面有边界层形成,会引导流动的流体离开V锥体的边缘,因此V锥体的边缘不可能被磨损。