流量计开发和使用中的若干问题

    1引言

    差压式流量计作为流量计的一种形式,已经有了很长的历史。随着现代高科技的发展,以及其它原理的流量计的出现,有人认为差压式流量计是一种过时的流量测量技术。这种看法是很盲目的。为解决不同条件下,满足不同要求的流量测量问题,至今已经发展了利用各种物理原理、种类繁多的流量计———差压式、速度式、涡轮式、流体振荡式、超声波流量计、电磁流量计、科里奥利(科氏)质量流量计等等。高科技的发展在流量计上的体现,往往集中在电子(例如变送器等)、微型计算机、通信以及相应的软件等方面。这些方面的发展确实取得了长足的进步,大大促进了流量测量技术的发展。然而保证精确测量的另一方面的问题,往往被忽略,那就是流体力学条件。它要求被测量的管道内的流动是充分发展的管流或标准管流。即:①管道每个横截面上速度分布相同;②流体是充满圆管的牛顿流体;③流动是定常流(与时间无关)。标定或检定流量计的标准装置都必须满足上述流体力学条件。最简单也是最直接的措施,就是保证在流量计的上游和下游有足够的直管段。上游的直管段使得流动得到充分的发展,从而获得标准的管流。而下游的直管段,保证下游变化了的流动条件(例如拐弯,阀门等)不至于上传而影响流量计。所有的经验都表明,每一种流量计在合格的标准装置中进行检定时,都能够达到所设计的准确度和重复性。问题是在实际应用中,往往不能满足上下游直管段的要求。而在这种情况下,各种流量计的表现就有了很大差别。要解决这些问题,需要从流体力学的角度着手。有时候流量计还要面临更复杂的情况,例如,多相流、非满管流动、非牛顿流体、充满杂质的流动、容易结垢的流体等。这种情况下更需要从流体力学的角度研究解决方案。差压式流量计也不例外。从另一个角度来看,只要从流体力学方面去努力,差压式流量计也具有同其它流量计一样的发展机遇。如果能够巧妙地利用节流装置,差压式流量计甚至可以有更好地发展机会。问题在于知其道而用其妙。

    2流量计发月履中的流体力学问题

    2. 1标准管流的问题

    标准管流或者充分发展的管流是所有流量计准确计量的流体力学基础。标定或检定流量计的标准装置都以此为基本要求。标准管流要求管内的流速分布在每个截面上都是相同的。在拐弯、阀门、泵、或其它节流件的下游，至少需要几十倍管径的长度才能达到充分发展的管流状态，这在实际中常常无法办到，也没有可靠的办法加以修正。流动调节器在这种情况下，能够起一定作用，一定程度上缓解了对直管段长度的要求(仍然要求在其下游有较长直管段)，但是带来了很大的永久性压力损失。即使是标准管流，它的速度分布并非一成不变，而是依赖雷诺数。对于光滑的管壁，管内速度分布为