彎管出口流速畸變對廢水流量計的影響

摘要：彎管出口流速分布的畸變要影響下游廢水流量計的測量值。電磁流量傳感器的安裝方式使其電極軸與彎管平面成45°角，可減緩擾流的影響。闡述了采用該方法的實(shí)驗過(guò)程、試驗數據和結論。
1、問(wèn)題的提出
流體流過(guò)彎管后，下游產(chǎn)生流速分布畸變，若是兩只鄰近相接的不同平面彎管，除流速分布畸變外還會(huì )有漩渦。這些現象要影響裝在下游的大部分類(lèi)型流量?jì)x表（除容積式等少數類(lèi)型外）的測量值，因此通常要求在流量?jì)x表安裝點(diǎn)之前有一定長(cháng)度直管段，改善進(jìn)入儀表的流動(dòng)狀況。廢水流量計受彎管影響較小，直管長(cháng)度要求也遠低于節流差壓式、渦街式等其他流量?jì)x表。但是當前廢水流量計精度為測量值的0.5%，甚至0.2%~0.4%，即使影響量較小，還是受到人們的關(guān)注。
除儀表前直管段可降低彎管影響外，人們還從安裝方式上設法降低影響的方法。文獻曾報道電磁流量傳感器電極軸線(xiàn)與鄰近彎管平面成45°傾斜安裝可以減少彎管影響。日本工業(yè)標準B7554“解說(shuō)部分”列有電極軸線(xiàn)與彎管平面垂直、平行、成45°三種安裝方式，在不同長(cháng)度直管下的測量誤差范圍，也說(shuō)明這一效果。
2000年上海原水公司擬在已建成的某泵站加裝DN2200廢水流量計，但彎管下游安裝位置的前直管長(cháng)度明顯不符合規定中5D~10D（D為管徑，下同）的要求，此時(shí)，影響測量誤差有多大呢?
由于受條件限制無(wú)法在現場(chǎng)用經(jīng)典的測量方法（如流速計流速面積法）作比對試驗，以估計彎管影響附加誤差值。并且使用方必須在訂購之前就要知道附加誤差估計值，以決定設計方案。筆者按相似原理以較小口徑廢水流量計在實(shí)驗室模擬現場(chǎng)條件作試驗。試驗證明45°安裝可減小彎管影響.并求得該個(gè)案安裝條件下傳統安裝方式的影響值。
2、彎管下游流速分布影響
流體流過(guò)彎管由于離心力作用，靠外壁產(chǎn)生擴散效應，內壁產(chǎn)生收縮效應，由此產(chǎn)生橫向流動(dòng)的二次流，引起下游產(chǎn)生速度分布畸變，如圖1所示。圖1中，右邊垂直剖面彎管外緣流速較快，水平剖面呈雙峰值流速分布。隨著(zhù)液流離開(kāi)彎管距離增加.畸變會(huì )趨于緩和。

當前絕大部分電磁流量傳感器是非均勻磁場(chǎng)分布結構設計。非均勻磁場(chǎng)理論認為包含電極的測量管橫截平面區域內，各微小液體體積元切割磁力線(xiàn)對電極間信號“所起作用”各異，因此不是均勻地而是按“所起作用”非均勻地設計各點(diǎn)磁場(chǎng)強度，使在理想條件下流速分布畸變不會(huì )影響流量測量值。然而實(shí)際儀表還是受到一些影響。圖2所示是日本工業(yè)標準所附彎管下游三種安裝方式不同直管長(cháng)度的誤差范圍。

3、實(shí)驗
實(shí)流實(shí)驗是在上海光華·愛(ài)而美特儀器有限公司稱(chēng)重法水流量標準裝置上進(jìn)行。裝置的不確定度為0.011%，試驗儀表是DN100的IFM4080K型，按現場(chǎng)幾何尺寸比例縮小設置管道，如圖3所示夾裝到流量標準裝置上校驗。試驗結果如圖4所示。圖中“正常安裝”即按前置直管段長(cháng)度大于等于10D，后置直管段長(cháng)度大于等于5D安裝，其試驗數據即為參比值。廢水流量計滿(mǎn)度流量為150m3/h，實(shí)驗流速范圍0.32~5.3m/s，共做了5個(gè)流量點(diǎn)。

4 結論
1）在本試驗安裝條件下，流量傳感器電極軸在A(yíng)=90°位置時(shí)最大誤差為-1.2%，A=0°位置時(shí)為+1.6%，A=45°位置時(shí)為0.5%；與正常安裝條件即參比值相比，最大附加誤差在A(yíng)=90°時(shí)為-1.2%，A=0°時(shí)為+1.65%，A=45°時(shí)為+0.65%。
2）實(shí)驗證明電極軸線(xiàn)45°安裝比傳統水平安裝（A=0°）受彎管流動(dòng)擾動(dòng)影響有很大改善。
3）電磁流量傳感器在彎管下游即使有足夠長(cháng)（5D）的直管段，亦應按“45°安裝”，作為減小彎管撓流影響，降低附加誤差的措施。

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