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工业现场中双弯管对超声波流量计的影响

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在实际工业现场中双弯管的应用比较普遍,由于空间090双弯管会在测量管道中产生涡流和回流,从而对超声波流量计的测量精度造成不利的影响。应用cfd数值仿真分析测量管道内流场分布情况,可以更准确的获得测量结果。图4.8 为空间090双弯管计算几何模型。其中进口管段直管d=100mm,测量段管道直管d1=60mm,双弯管弯曲半径r=1.5d, l1为两个弯管之间的直管段距离,本文定义l1=2d, l为弯管出口与流量计进口之间的直管段长度,本文l分别取2d、4d、6d、8d、10d、 20d、 30d和40d。在fluent中仿真流量定义为q=0.1m3/h、0.2m3/h、 0.4m3/h、 1m3/h、 3m3/h、5m3/h、 10m3/h、30m3/h、60m3/h、 90m3/h 和120m3/h,网格采用非结构型混合网格,直管段采用结构型网格,弯管和测量段采用非结构网格,网格总数量为200万左右; fluent 数值仿真中边界条件等参数设置与平面090单弯管相同。
图4.9为dn100超声波流量计.上游阻流件为空间双弯管时,测量段横向截面速度等值线图。图中为流量均为q=60m3/h时,弯管出口与流量计入口之间的距离分别为l=2d、4d、6d、8d、10d和20d。由于空间双弯管会使管道中存在涡流或回流等现象,因此导致超声波流量计测量段内速度分布不均匀,非理想流场速度分布引起流量测量误差。图4.9得出结论:在l=2d和4d时涡流所引起的速度分布不均匀情况非常严重,随着弯管与测量段之间的距离越来越大时,空间双弯管所引起的速度场分布不均匀情况有所减弱。因此从速度分布等值线图中可以得出随着弯管与测量段之间的距离越来越大,弯管所引起的测量误差应该越来越小。
图4.10所示空间090双弯管所引起的流量相对误差同样是以直管段40d时流量误差为基准,应用公式(4-3) 计算得出。其中横坐标为流量测量值,采用对数表达方式,以防便观测小流量时变化趋势,纵坐标为流量相对误差,不同曲线表示两个弯管之间直管段距离为l1=2d,不同距离l时的流量相对误差。
从图4.10得出结论:当距离l相同时,即同一条曲线上,当流量为q= 5m3/h~120m3h时流量相对误差趋于直线无明显变化,当流量为0.1m3/h~5m3/h时,随着流量的增大,空间双弯管所引起的流量相对误差逐渐减小。对于相同流量点不同距离l时,距离l为20d、30d和40d时,同流量相对误差大小相近;在弯管与测量段之间距离较小时,涡流对测量准确度的影响较大,当弯管与测量段之间距离增大到20d以后,涡流对测量准确度的影响无明显变化,但仍会产生流量误差。这正好与上图4.9所示测量段横截面上速度分布等值线图结论相符。
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