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淺談彎管流量計的應用范圍和工作原理

更新時間:2016-06-22   點擊次數(shù):1160次

彎管流量計以其突出的節(jié)能效果、高穩(wěn)定性、高準確性、高適應性,在熱力、熱電、冶金、石化行業(yè)的蒸汽、煤氣、天然氣、冷熱水、油、空氣、乙炔、硫化氫、二氧化碳兩相流等介質測量中迅速推廣,2012年產(chǎn)品覆蓋全國28個省,并且已進入到國外市場,總計用量已達20000多臺套。

彎管流量計同屬于差壓式流量計的范疇,彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓的。當流體通過彎管時,由于受彎管的約束流體被迫作類似的圓周運動,流體在作圓周運動時產(chǎn)生的離心力作用于彎管的內外兩側,使彎管傳感器內外兩側之間產(chǎn)生一個壓力差,該壓力差(也就是壓差值)的大小與流體的密度有關,與流體的平均流速有關,與流體作圓周運動的曲率半徑有關。他們之間遵循作圓周運動物體都必須遵循的牛頓運動定律的有關規(guī)律。

彎管流量計的研制成功,具有堅實的理論研究基礎和實驗研究基礎。在理論研究方面主要是通過直接求解流體流過彎管的微分方程數(shù)值解的方法,全面揭示流體流經(jīng)彎管的流動規(guī)律。在實驗研究方面既有實驗室的大量實驗研究,又有在國家流量檢定站(開封水大流量、煙臺蒸汽、華陽天然氣)對不同介質的流量測量的驗證。

彎管流量計理論研究和大量的實驗研究表明:由于彎管的導流作用,流經(jīng)彎管的流體呈現(xiàn)了非常復雜的流動狀態(tài)。通過求取納維——斯托克斯微分方程(N—S方程)數(shù)值解,可以動畫顯示出這種流動狀態(tài)主要包括沿主管道方向的主流動、垂直于主流動的雙螺旋二次流動及出口漩渦等主體內容,具有很強的規(guī)律性。根據(jù)對真實粘性流體通過彎管內、外側壓力差成正比例關系,具有很好的相關性。根據(jù)量綱分析原理,流過彎管的平均流速與彎管內、外側的壓力差可由下式給出:流體在某一溫度某一壓力的條件下流過一個管道,當其流經(jīng)轉彎時,該流體將做相應的圓周旋轉運動。根據(jù)流體強制旋流理論,流體在管道內作圓周運動與固體在空間狀態(tài)下作圓周運動類似,因此流體必然會產(chǎn)生慣性離心力,該離心力的大小與流體的流速、流體的密度以及作圓周運動的曲率半徑(也就是彎管傳感器的曲率半徑)等因素有關。

由于彎管流量計彎管傳感器曲率半徑是已知的,流過彎管傳感器的流體密度又可通過對流體的溫度、壓力等參數(shù)的測定利用主機的計算機準確地求得,因此在彎管傳感器上產(chǎn)生的離心力的大小就只是流體流速的函數(shù)。只要測出離心力的大小,就可測出流體在管道內的流速,將流速乘以管道的截面積和流體的密度,流體的流量即可計算確定。其計算關系如下:

式①給出了流過彎管流體的平均流速和差壓值的函數(shù)表達式:

V=a[(P1-P2)/ρ]β--------①

其中:V---流體的平均流速;

a---綜合流量系數(shù),a=f(彎管彎徑比、雷諾數(shù)、介質動力粘度、管道粗糙度等),其中尤以彎徑比的影響zui為重要:

P1-P2-----彎管內、外側壓力差;

ρ----流體的密度;

β----指數(shù);

計算出平均流速V,就可得出計算流量的函數(shù)表達式:

Q=S*V*ρ-----------②

式中:

S----彎管橫截面積;

V---流體的平均流速; 適用范圍

1、 公稱直徑:25mm≤DN≤2000mm

2、 公稱壓力:PN≤10MPa

3、 介質溫度:t≤450℃(t>450℃訂貨時通知)

4、 雷諾數(shù)范圍:ReD>104

5、 精度等級:1級,1.5級

6、 R/D≥1.25

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