V型锥流量计的原理及应用

　　0 引 言

　　众所周知，孔板、文丘里、流量喷嘴等是应用较广的差压流量测量计，但还有一种很好的差压流量计国内应用不是很多，这就是本文要介绍的V-Cone流量计。它是一种新型的差压流量计，其测量原理与其它差压流量计基本相同，但是由于其独特设计，使得它克服了其它差压流量计的一些不足。下面就对这种流量计的工作原理、特点及其应用作一下具体介绍。

　　1 原理介绍

　　V-Cone是一种差压式流量计，与其它差压流量计一样，都是基于密闭管道中能量相互转化的伯努利定律。

　　V-Cone流量计的几何形状见图1，它是通过在管线中心悬挂一个锥形体来节流。由于在管道中，理想流场的流速分布为：在管壁处流速接近零，愈靠近管线中心流速愈大，在管线中心流速最大(因为管壁摩擦力减小了流过管壁的流体速度)。当流体流过V-Cone流量计时，锥体直接和流体高速中心部分相互作用，迫使高速的中心与接近管壁的低速流体均匀化，从而产生正确的差压。流体的流量与其流经V型锥前后所产生的差压的平方根成线形关系。这便是基于封闭管道中能量相互转换的伯努利定理[2]，这在低流速测量时更为有用。而其它中心开孔的差压流量计(如孔板)由于没有这种作用，从而不能测量过低流速(雷诺数过小)的流体[3]。

　　由于实际情况下很难达到理论环境要求，从而使一般的差压式流量计难以精确测量，而V-Cone克服了这个缺点，实践表明，在极恶劣的安装条件下，V形锥体也能保证测量精度。

式中，Q为流量;

　　K为常数、无量纲，因不同流量计而异;

　　Y为气体膨胀系数，无量纲，在非压缩应用时 Y=1;

　　ΔP=P1-P2;ρ为流体密度。

　　对V-Cone 流量计来说：

　　式中：K为仪表系统，无量纲;

　　g 为重力加速度;

　　D 为管道内径;d为锥体外径;

　　β为直径比，无量纲;

　　C 为流出系数。

　　2 主要特点介绍

　　2.1 性能特点

　　V-Cone流量计通过悬挂在管线中心的一个V型锥体来节流，这样迫使流体以管线的中心线为中心，围绕着锥体流过，这种几何形状与传统节流组件相比具有许多优点，如流场整直器的特殊设计构造[4]。它显著改善了传统差压流量计的使用局限。

　　2.2 设计特点

　　虽然V-Cone 流量计的流量测量公式与其它差压式仪表相似，但几何结构全然不同，这种几何上的安排导致产生了许多传统差压流量计所没有的优点。在很长的管道中如果其中没有阻挡物和任何干扰，其流体被称为充分发展流。如果在管道的截面上取一条直径上的线，在线上每一点处的流速都是不同的。贴着管壁处的流体，因摩擦力的阻碍，速度几乎为零，而中心处的流速最大[5]。如果有一个V锥体悬挂在管道中心，它迫使中心处的流速越来越慢，管璧附近的流速逐渐加快，从而达到使流速“匀化”的效果。其它差压式流量计的中心处是空的，不能使流速“匀化”。这是V-Cone流量计的最大优点之一，使得在低流速时仍能产生足够的差压，随着流速的降低，这种作用更加显著。而传统的差压仪表此时可能早已不能测量了。