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渦輪流量計旋轉系數與直管段長度之間的關系

發布時間：2020-08-30 23:09:44??點擊次數：1706次
摘要：影響液體智能渦輪流量計精度的主要外部因素是流體的流動狀態，渦輪流量計特性曲線要保持良好的線性關系，流過流量計的流體應為充分發展的流型。對流量計的精度和直管段的預測，為不同精度要求的渦輪流量計選擇適當長度的直管段提供了理論參考。
渦輪流量計是一種速度式流量儀表，由于具有結構緊湊、測量精度高、反應速度快、測量范圍廣、價格低廉和安裝方便等優點，而得到廣泛應用。對于貿易結算計量，流量計的精確度是至關重要的。影響渦輪流量計精度的主要外部因素是流體的流動狀態，渦輪流量計特性曲線要保持良好的線性關系，流過流量計的流體應為充分發展的流型。
1、旋轉系數與下游直管段長度之間的關系
旋轉流的旋轉強度用旋轉系數來表示，旋轉系數定義為角動量通量與軸向動量通量的比值：
式中：
w——周向速度；
u——軸向速度；
R——管道半徑；
A——流體流過的橫截面積；
ρ——密度。
對于圓管內的旋轉流，在r=0.95R處的旋轉角度*大，即：
采用多項迭代的方法，可編程計算出在某個X值時(X為圓管直徑D的倍數)滿足一定精度的Sw值：
常數b和c與流體性質、雷諾數和流量有關，需要通過實驗確定。對于不可壓縮流體，b=0.030～0.085，c=0.10～0.50。一般來說，流量越大，旋轉流的衰減越大，由式(3)可以看出，旋轉流發生后的直管段越長，旋轉流的強度越弱，對渦輪流量計精度的影響越小。
2、實驗設計與結果分析
為了在實驗過程中能得到理想的旋轉流體，實驗中采用了模擬多種強度旋轉流的發生器，旋轉流發生器安裝在流量計上游來流的起始點處。
實驗采用稱量法，記錄電子稱上的質量脈沖數N，N乘以質量脈沖常數(0.08333)，即得到質量值(kg)，同時記錄時間和渦輪變送器的脈沖數，在每個流量點重復做三次，記錄三組數據，共選擇5個流量點來覆蓋渦輪流量計的測量量程。流量Q=0.08333N/t，儀表系數為：
儀表系數K與旋轉數Sw成線性關系，儀表精度為：
其中α、d均為待定系數。
根據實驗所得多組脈沖數和流量數據，可計算出儀表精度δ值。按δ-X方程及δ和X數據進行*小二乘法回歸，可確定α和d的數值。一般來說，對不可壓縮流體，α=1.15～2.20，d=0.016～0.11。
3、直管段長度和流量計精度的初步預測
在工程設計中，根據流體性質、流量和雷諾數確定α和d值。這樣，按照式(5)就可以依不同的流量計精度要求，對直管段長度進行初步預測，或確定直管段長度后，對流量計的精度做初步預測。
當δ=0.2%時，不同流量下所需直管段長度見表1。
當X=30時，不同流量下儀表精度見表2。
對流量計的精度和直管段的預測，為不同精度要求的渦輪流量計選擇適當長度的直管段提供了理論參考。
4、結語
(1)旋轉數Sw與X成指數關系，即隨著下游距離X的增加，旋轉流強度以指數方式衰減。指數系數c和α值與介質的性質，雷諾數等參數有關。
(2)對于任一旋轉流源，隨著下游距離X的增加，在大流量區旋轉流強度衰減速度快，而在小流量區，旋轉流強度衰減速度要慢一些，因此，對小流量的流量計管道設計中需要加長直管段，以減少旋轉流對流量計精度的影響。
(3)不論旋轉流的方向如何，流量計越靠近旋轉流源，流量計的精度δ越差，流量計精度可以按式(5)進行初步預測。