新型均速管流量计的设计与研究

　　1　引　言

　　均速管流量计中以弹头形断面的均速管测量效果最好,其精度可达±1%[1]。但也存在着一些问题:首先弹头形均速管形状特殊,如果不用成型型材,则存在加工困难、产品一致性差,加工成本高的缺点;其次普通的机加工很难加工出理想的防淤槽,从而影响均速管的性能;此外因为被测管道内是充分发展的紊流,其速度分布是对称的,只测量半个断面就可得到整个断面的平均速度,所以全管还存在浪费材料的缺点。为此设计一种半管结构的弹头形均速管流量计来解决上述问题。

　　2　半管均速管的结构设计

　　2.1　半管均速管的结构

　　本设计采用弹头形断面,省略了前端的防淤槽,是一种一体化的半管结构,如图1、图2所示。半管均速管的迎流面为圆柱面,开有三个全压孔,全压孔的位置按对数———契比雪夫积分法[2]计算选取。半管均速管的侧面开有一个静压孔,其位置在管道中心线处。全压孔与静压孔分别与管内的引压内孔相连,将全压和静压经由引压内孔和在半管均速管的顶端与引压内孔相连的引压管引出。

　　2.2　半管均速管全压孔开孔位置的计算

　　目前普遍认为只采用一种模型来描述管流是欠妥当的,研究表明圆管内充分发展紊流的速度分布应按以下分段表示[3,4]:

　　根据以上方程,利用对数—契比雪夫积分法[2]可得开三个全压检测孔的开孔位置应为:r1=0.037 54R,r2=0.725 2R,r3=0.935 8R[4]。

3　均速管的测量原理及数学模型

　　测量管道内流体流速时,由于弹头形均速管的全压孔和静压孔距离很近,因此可以忽略流体的位置压头,所以对弹头形均速管有如下伯努利方程[5]:

　　式(9)为均速管的测速计算公式,式(10)为均速管仪表系数,由该模型可以得出均速管的仪表系数为一个常数,并且该常数仅与均速管的结构参数有关。

　　4　半管均速管的性能分析

　　根据式(10)和均速管的结构,我们可以得到以下结论:

　　半管均速管的仪表系数为一个常数,且略大于相同结构的全管均速管。根据式(10),均速管的仪表系数仅与均速管的表面粗糙度、结构和管道阻塞比有关。在加工工艺相同时,半管均速管与全管均速管的表面粗糙度相同,因此它们具有相同的摩擦阻力系数Cf;在结构上半管均速管的体积小于全管均速管,当插入管道后,在插管处半管的阻塞比α要大于全管均速管,所以半管均速管的局部阻力系数ζ要比全管均速管小[5];由此可以得出半管均速管的C∞小于全管均速管。同时,半管均速管的阻塞比α要小于全管均速管。由式(10)可知,半管均速管的仪表系数K略大于全管均速管。