用圆管中最大流速测量流量的实验研究

作者:仝卫国;李国光;金秀章;王丽君 刊名:华北电力大学学报 上传者:姚望

【摘要】根据已知圆管紊流流速分布的近似模地,研究了使用管道轴线处的最大流速测量流量的方法。通过实验验证了这种方法的正确性和可行性,并得到了相关的实验公式。该方法具有简单、准确、节能等特点,有较好的应用前景。

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引言流量信号是工业生产过程中一个非常重要的参数,其测量方法人致可分为类:一是用流量计亘接测量流量;二是测量管道截面上特征点的流速并由此计算出流量。由于第。类方法要使用与管径相当的插入部件,对流体的流动状态会造成影响,而巳会产生较大的压力损失,节能效果差。通过测量管道截面上的流速测量流量,测量元件尺寸小,可大为减小压力损失,且使用安装方便,测量精度较好;但传统方法使用的测点数目多,只适用于实验室,不适用】“生产过程中的测量。本义探讨的是仅取一个测点测其流速,并由此得到被测流量的测量方法,以拓展流速法的适用范围。以往的研究表明,使用一点流速测量流量一般是要找到代表平均流速的测点位置,测得平均流速进而计算出流量。如刀中规定,平均流速点的位置应选取在距管壁二处,允许误差应小于,流量测量的不确定度通常小于。国内的研究成果与国际标准基本相符合”。在实际测量中,一点法却很少被采用,其主要原因是:)代表平均流速的测点位置是随管道的流量的变化而改变的。当流量大小发生改变时,平均流速点的位置发生变化,而测点位置不变,这势必给测量带来误差。()从实际测量上看,平均流速点选点位置般在距管道中心之间。实验结果表明,在紊流的情况下,这一区间流速的变化很大,测点位置的偏差会对测量结果带来很人的误差,这为设备的安装维护带来困难。所以,这种方法在理论卜或是在实际测量中,都是很难取得理想结果的。如果测点选择在管道中心轴线上,则较平均流速点有这样的优点:当流动为充分发展的流动时,中心轴线卜的流速是整个截血上的最大流速;研究紊流的流速分布表明,管道中心区域的流速基本相同,实验结果也表明,当(时,流速基本没女川么变化,都等于最人流速,所以,测量最人流速方便而准确:当圆管内的流动为层流时,只要雷诺数不是很低,中心轴线卜的最大流速也较其它点的流速测量准确。圆管中紊流的流速分布饲管中紊流流动,是工程技术领域最常遇到的流动状态。对于允分发展紊流流速分布的研究,主要是洼穴介关‘附:的半经验理论、假设和实验公式的椎础:,还没有准确的理论结果。从实践的结果看,这些半经验理论栽本卜能满足实际的需要。研究紊流的流速分布前提条件是:管道内流休的流动达到充分发展。常用的紊流流速分介模型主要有种:门)指数分介模型,它是尼古拉兹()通过实验,测量了光滑柠的速度分布,对应厂不同的古诺数情况下,得到的紊流速度分布模型;()对数分布模型,它是根据普郎特混合长度理论得出的紊流速度分布模型;()对数一线性模型,它是根据卡门相似假设求出的速度分布模型。第种模型只适用于光滑管情况,但使用方伸,在定的流量范围内有较好的精度;后两种模型的公式较复杂,使用不方便,但使用范闹)”,史又普遍性意义。随着计算机技术的发展,为复杂模型的使用捉供了条件。本文上要研究的是在对数分布模型的基础卜,通过计算机拟合圆形管道的流速分公式,应用管道截血卜的最大流速测量流量的方法,并验证了它的坷靠性。二用最大流速测量流量方法的讨论紊流的对数分布模型,是根据普郎特混合长度理论得出紊流流速分布模型,形式如下”’:)乙、)式中:,,是系数。这个模型也是国际标准椎荐的流速分布模型。它适的流量范)“,既满足光滑管道义适合粗糙管道的情况。圆形管道的体积流量公式:代入口)式积分后,可以得到体积流量公式为::式可知,在一个流虽下,义已知系数和的值,就可以训算出体积流挝的大小。当厂犬时,代入式()可得:式中:。是管道中心处的流速,可以通过测吊怜道轴线处的流速得到。。的值。系数由普郎特混合度理论可以扣山:式中:厂为流体的密度,为混合长度系数,为壁血卜的切应力。冉由流体力学的知

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