摘要：測量大管(guan)徑、大流量管道(dào)流量時常用的(de)各類流量計 精(jīng)度較低、價格昂(ang)貴、安裝複雜。差(cha)壓式流量計應(ying)用廣泛且造價(jià)低，但精度較低(di)，項目旨在研究(jiū)差壓式👌流量計(ji)用于大管徑☁️低(di)流速的液體測(ce)量時會因差壓(ya)太小測量精度(du)低這個缺點進(jìn)行改造。提出利(li)用🏃🏻彎道布置流(liú)量計，依據彎道(dao)管内水動力學(xué)規律，研究彎道(dao)内總流量與旁(páng)通管内流量關(guān)系，通過實驗研(yan)究率定設備參(cān)數。
1概述
　　近年來(lai)，我國大量水利(lì)科研工作者緻(zhi)力于各種流量(liàng)計的研發，并取(qu)得了重大的進(jìn)展，國産流量計(jì)不⛹🏻‍♀️論是🔆在性能(néng)上還是在技❤️術(shu)上均已經處于(yu)國際領先水平(píng)。但在測量150mm以上(shang)口徑的管道流(liu)量上，目前的加(jiā)工制造技術還(hái)比較落後，不能(neng)生産出♻️滿意的(de)優質産品。目前(qian)國内外學者對(dui)大管徑、大流速(su)的流量計開展(zhǎn)了廣泛的研究(jiū)，針對矩形大口(kou)徑彎道📞流量計(jì)壓強分😍布問題(tí)，通過對大量數(shu)據進行處理，推(tui)導出針對不同(tóng)位置、不🎯同斷面(mian)的大口徑彎道(dào)流量計的流量(liang)系數公式；針對(duì)流量系數與彎(wan)管直徑🌈的變化(huà)規律的問題，利(lì)用RNGK-＆湍流㊙️模型，研(yán)究了彎管内外(wài)壁壓強沿程分(fèn)布和彎徑比🐇對(dui)⭕彎道壓強的影(yǐng)響，進而推求出(chū)不同彎徑比、不(bú)同管徑情♋況下(xia)流量壓差之間(jiān)的關系✏️；中國計(ji)量學院以50毫米(mǐ)管徑爲實驗前(qian)提，經過大量實(shi)驗研發了一種(zhong)新型的差壓式(shì)流量計-雙錐流(liú)量計，并将Fluent仿真(zhen)軟件與實流實(shí)驗相結合，研究(jiū)雙錐流量💃計流(liu)出系數♍在雙錐(zhuī)直徑比作用下(xia)的流量規律。
2理(li)論分析
　　通過分(fèn)析 差壓式流量(liang)計 精度低的原(yuan)因，研究分析流(liu)速與壓差的關(guān)系式，運用🈲彎🐇道(dao)管内👉水動力學(xué)規律，設計一種(zhong)新型的彎道旁(páng)通流量計，以解(jiě)決差壓式流量(liàng)計用于大管徑(jing)低流速的液體(tǐ)測量時會導緻(zhì)差壓太小從而(ér)變測量不出來(lái)或者測量精度(dù)低這個🧡缺點。理(li)論⚽上，流體流經(jing)彎管，在彎曲部(bu)分的任意一個(gè)圓截面上産生(sheng)的動量矩是大(da)緻相同的。但由(yóu)于彎道離心力(li)的作用，流體在(zài)彎⭐道内外兩側(ce)之間将産生一(yī)定的壓力差，促(cù)使流體在旁通(tong)管内流動。當彎(wān)道内總流量不(bu)同時，旁通管流(liú)量大小存在較(jiao)大差異，旁通管(guǎn)内流量大小取(qǔ)決于彎道内總(zong)流量。
2.1彎道管内(nèi)水流運動規律(lü)
　　爲避免複雜的(de)彎道水流運動(dong)對實驗研究産(chan)生的不利因素(sù)，現假設彎道内(nèi)的水流爲理想(xiang)流體且爲恒定(ding)流，各種運動要(yào)素均☔不随時間(jian)改變，彎管内的(de)水流随水流的(de)運動得㊙️以充分(fen)☎️發展。因水流受(shou)到彎管内壁的(de)約束作用，當彎(wan)管通水時，該作(zuò)用迫使水❓流改(gǎi)變原趨🙇🏻勢運動(dong)方向，随着此約(yue)束的不斷增強(qiáng)，水流沿彎道作(zuò)急變流曲線運(yùn)動。根據以上分(fèn)析：彎道管内的(de)水流運動實際(jì)上是理想流體(tǐ)所作的曲線有(you)勢運動，且該運(yun)動以彎道曲率(lǜ)爲中心。進一步(bù)分析分布于該(gāi)彎管中任意過(guo)♉水斷面的水流(liú)如下：在彎道中(zhong)任取n-n過水斷面(miàn)，并于水平線成(chéng)夾角α，在所截取(qu)的過水斷面上(shang)取一微分柱體(tǐ)，設彎管同一過(guo)🏃🏻‍♂️水斷面内、外兩(liang)點的流速與壓(ya)強分别爲v1、v2和p1、p2，彎(wan)管的内半徑爲(wei)🚶‍♀️r0，彎道中任意點(diǎn)的流速🛀爲u0，管道(dao)截面内任意一(yi)點距圓形管道(dào)中心的距離爲(wèi)r，該微分柱體🏒兩(liǎng)端形心點離基(ji)準面㊙️高度分别(bié)🔴爲z1和z2，作用在微(wēi)分柱體上的力(li)在n方向上的投(tou)影分别爲該柱(zhù)體兩端面☔上的(de)動水壓力與，其(qí)自重沿n方向的(de)投影，其所受的(de)👣離心慣性力爲(wèi)，在理想流體的(de)勢流流動中，由(you)于n方向與流線(xian)正交，此方向上(shang)各力代數和爲(wei)零，有：

　　由以上推(tui)導有：曲率中心(xin)越近，流速越大(dà)，壓強越小，旁通(tong)🏃管👨‍❤️‍👨内🛀🏻流量較小(xiǎo)；反之，則流速越(yuè)小，壓強越大，旁(páng)⚽通管💁内流量較(jiào)大。
2.2研究方法
　　從(cong)研究彎道管内(nei)水流運動規律(lǜ)出發，根據現有(you)的研究技術嘗(chang)試性的研究彎(wān)道角度、管道直(zhi)徑、流速對彎管(guan)内✔️總流量與🐕旁(pang)通管内流量關(guan)系的影響，研發(fa)出該裝置，進行(háng)實驗驗證與分(fèn)析，利用能量方(fāng)程、動量方程，最(zui)終結合實驗數(shu)據得出彎道内(nèi)總流量與旁通(tong)管内流量關系(xi)，從而提高對大(dà)管徑低流速✏️的(de)液體進行流量(liang)測定時的精度(dù)。假設彎管内的(de)流體爲不可壓(ya)縮的實際流體(ti)，其可連續穩定(dìng)的流經彎管，彎(wān)管内流動的流(liu)體滿足連續性(xìng)方程、能量方🛀🏻程(chéng)和動量方程等(deng)。綜上㊙️可見，對于(yu)既定的彎管，通(tōng)過☁️測定流體流(liú)經彎管時産生(sheng)的壓力差和流(liú)體相關參數，利(li)用電磁流量計(ji)測🌈出旁通管流(liú)量，繼而推求✂️出(chū)主🔞管道内總流(liu)量。
3流量關系公(gong)式的實驗驗證(zheng)
　　彎道内總流量(liàng)-旁通管内流量(liang)實驗裝置的設(she)計：
　　爲了對推導(dǎo)流量關系基本(ben)公式進行實驗(yàn)驗證、并對🤞基本(ben)公式中流量參(cān)數的變化規律(lü)進行研究，采用(yong)實驗裝置進行(háng)了實驗測量。測(ce)量儀器準備就(jiu)緒後，開啓水泵(beng)向管路中充水(shui)。按✏️不同開度打(da)開控制閥門，待(dai)管道中水流穩(wěn)定後，使🍓經濟流(liu)速分别控制在(zài)，同時分别讀取(qu)電磁流⛷️量計和(he)電子👈渦輪流量(liàng)計的讀數。當閥(fá)✂️門達到最大開(kāi)度後，再逐漸關(guān)閉控制閥門，按(àn)同🌈樣方法讀取(qǔ)和記錄測量🏃🏻數(shu)據。取同一開度(du)兩次數據平均(jun)值作爲該開度(du)下的測量數據(jù)。
4測試結果分析(xi)
　　經過多次模拟(ni)及模型試驗，通(tōng)過改變彎管上(shang)測壓孔的位置(zhi)與彎道管徑，即(jí)改變壓力作用(yòng)點，改變彎管總(zong)流量發現：
　　當流(liú)體進入彎管後(hou)，因爲彎道外壁(bi)對流體産生一(yī)定的導流作💜用(yòng)，流體在作圓周(zhou)運動時所産生(shēng)的離心力作用(yòng)于彎管的内外(wai)兩側,使彎道内(nei)外兩側産生一(yi)個壓力差，這個(ge)壓🥵力差促使流(liu)體在旁通管内(nèi)流動， 電磁流量(liàng)計 測量流經旁(páng)通管内的流量(liang)，測壓孔取在彎(wān)管45°截面時旁通(tōng)管内流量達到(dao)最大，最穩定；測(cè)壓孔取在彎管(guǎn)22.5°截🌈面時旁通♊管(guan)内流量測量值(zhi)誤差較大，但具(jù)有較好的重現(xian)性；測壓孔取在(zài)彎管67.5°截面時旁(pang)通管内流量測(ce)量誤差值呈發(fā)散現象。
5結論與(yu)展望
5.1結論
　　本設(shè)計采用模拟與(yǔ)模型試驗相結(jie)合的方法綜合(hé)分析研究了🈲管(guǎn)道彎道旁通流(liu)量計的特性并(bing)得出以下主要(yao)結論：
（1）由于彎道(dao)離心力的作用(yong)，流體在彎道内(nèi)外兩側之間将(jiang)産生一定的壓(ya)力差，促使流體(tǐ)在旁通管内流(liú)動。
（2）當彎管内總(zǒng)流量不同時，旁(pang)通管流量大小(xiao)存在較大差異(yì)，此流量的大小(xiao)與彎管内總流(liú)量有關。
（3）通過觀(guan)測旁通所聯通(tong)的電磁流量計(jì)讀數，确定小彎(wan)♻️管🏃🏻内的流量，根(gen)據模拟出的大(da)小彎管之間的(de)流量大小關系(xi)，從而推知管道(dao)内總流量，且測(ce)壓孔取在彎管(guan)👣45°截面時，所推求(qiú)的管道内總流(liú)量與實際流量(liàng)誤差最小。本課(ke)題🈲創造性的提(ti)出利用彎道布(bu)置流量計，依據(ju)彎道管内水動(dong)力學規律，研究(jiū)彎道内總流量(liàng)與旁通管内流(liú)量關系，通過實(shi)驗研究率定🔞設(she)備參數，應用前(qián)景廣闊🔅。
5.2展望
　　需(xu)要指出的是，管(guǎn)道彎道旁通流(liu)量計是一種新(xīn)型的結構🔞型式(shì)🏃🏻，目前在此方面(mian)的國内外的理(li)論研究和實踐(jian)較♌少，因此，要使(shǐ)這種新型結構(gou)盡快得到廣泛(fan)使用，還需要進(jìn)一步🌈深入探讨(tao)。本設計模拟與(yu)模型試驗對管(guǎn)道彎道旁通流(liú)量計的特性進(jìn)行了研究，但仍(reng)有不足之處，在(zai)以後的研究中(zhōng)可以從以下幾(jǐ)方面考慮：
（1）本設(she)計中以恒定理(lǐ)想液體爲基礎(chu)進行的試驗，但(dan)在實🈲際工程中(zhong)，流體通常爲非(fēi)恒定流，因此，以(yi)後的研究應在(zai)非恒定流作用(yòng)下進行。
（2）本設計(ji)中采用的彎道(dao)管徑爲200mm和300mm，在以(yi)後的研究應采(cǎi)📧用管徑更大的(de)彎管進行試驗(yan)，以調整參數的(de)變化的範圍，使(shi)經驗公式具有(yǒu)普遍适用性。

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