摘要:利用常壓氣體作為流動介質，以流出系數平均相對誤差、線性度和不確定度為評價指標，通過實流實驗。研究上游組合管件對V錐流量計測量性能的影響。在上游相同阻流件條件下建模仿真,對V錐流量計和孔板流量計的結構進行對比。
0引言
V錐流量計尚未實現國際國內甚至行業范圍內的標準化，目前僅獲得加拿大工業部的天然氣密閉管輸交接準入認可、美國機械工程師協會的制造認可等。自2003年以來,國內也在積極開展對V錐流量計的推廣和使用工作，然而生產廠家對量程比、壓力損失、精度等關鍵技術指標乃至安裝條件都直接采取美國MeCrometer公司產品說明書的方式。國內關于V錐流量計安裝使用條件的實驗研究鮮見報道。
對DN100球閥+ DN100單彎頭, DN150球閥+ DN150變DN100漸縮管,DN150球閥+ 90°單彎頭+ DN150變D100漸縮管, DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+ 90°單彎頭這四種阻流件組合形式,通過改變前直管段長度對V錐流量計的測量精度進行實流實驗，從而得出在上述四種阻流件組合的工況,V錐流量計的測量性能變化趨勢。 還通過模擬仿真對V錐流量計和孔板流量計的結構進行對比。
1安裝條件對V錐流量計測量精度影響的實驗研究
1.1 V錐流量計的基準實驗
用于V錐流量計直管段長50D,后直管段長3D,管道內流體流動為充分發展的淌流狀態06團團團[51。前期大量文獻表明，前直管段長度達到50D時,可以認為流場已經充分發展:同時，后直管段達到3D,不會影響V錐量計的流出系數。故上游阻流件實驗結果均按照前直管段50D,后直管段3D為基準進行比較，從而得到流出系數和流出系數相對誤差的變化情況。
1.2.上游阻流件對V錐流量計測量精度影響的實驗研究.
1.2.1. 上游阻流件類型一 DN100球閥+ DN100單彎頭的實驗研究
阻流件類型為DN100球閥+ DN100單彎頭的雷諾數流出系數曲線圖如圖1所示，從圖中可以看出,在雷諾數大于80 000時隨著前直管段長度的縮短，流出系數呈遞增趨勢:當雷諾數小于80 000時，流出系數隨前直管段長度變化無明顯增減趨勢,無法進行有規律的判斷。同時和基準實驗數據相差比較大,當雷諾數在250 000那點時,基準實驗的數據和其他的很接近。
從表1可以看出，當直管段長度小于3D時，隨著直管段長度的縮短，平均相對誤差呈遞增趨勢:當直管段長度大于3D時，平均相對誤差變化不大。此變化趨勢也可見圖2所示。
1.2.2上游阻流件類型- -DN150 球閥+ DN150變DN100漸縮管的實驗研究
阻流件類型為DN150 球閥+ DN150變DN100漸縮管的雷諾數流出系數曲線圖如圖3所示，從圖中可以看出,隨著前直管段長度的改變,流出系數基本不變，但略小于基準實驗流出系數。
從表2和圖4可以看出,在該工況下，雖然存在流.出系數相對誤差,但前直管段長度對流出系數的影響基本可以忽略，且相對誤差也不是很大。
1.2.3. 上游阻流件類型- -DN150球閥+90*單彎頭+DNI50變D100漸縮管的實驗研究
阻流件類型為DN150球閥+90°單彎頭+ DN150變DN100漸縮管的雷諾數流出系數曲線圖如圖5所示，從圖中可以看出,隨著前直管段長度的縮短，流出系數呈遞減趨勢。
從表3和圖6可以看出，隨著前直管段長度的增長，流出系數相對誤差呈減小趨勢。
1.2.4. 上游阻流件類型一-DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭的實驗研究
阻流件類型為DN150球閥+ 90°單彎頭+ DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭的雷諾數流出系數曲線圖如圖7所示，流出系數均略大于基準實驗流出系數，且改變前直管段長度對流出系數的影響很小。
從表4和圖8可以看出，平均相對誤差與前直管段長度無明顯關系，且偏差均不大。
2V錐流量計和孔板流量計結構的模擬仿真對比
V錐流量計作為一-種新型的差壓式流量計,其工作原理和孔板流量計相同。介質通過V錐時,由于阻流件V錐的存在，使得流體的流過面積發生變化，從而流速發生變化。根據伯努利方程，流速的變化引起.壓力的變化，該壓力的變化與介質的流速之間存在一
變DN100漸縮管+90°單彎頭的流出系數相對誤差曲線定的關系。因此，可通過測量錐體前后的差壓達到測量流體流量的目的。雖然與孔板原理一樣，但是最本質的區別在于孔板為中心收縮型節流裝置,而V錐為邊壁收縮型節流裝置。
測量范圍窄是制約孔板流量計使用的主要原因。--方面由于孔板的流出系數隨雷諾數的變化而變化較大,另一方面孔板的突然節流導致孔板后產生較大的漩渦，該漩渦的存在直接導致測量的差壓信號噪聲較大;而V錐流量計克服了以上的缺點。如圖9所示,V錐流量計是由與管道同軸的內部節流件V錐和取壓裝置組成，流體經過時并不像孔板那樣突然改變流體的流動狀態，而是介質隨著錐體的方向向邊壁收縮，該錐體起到調整介質流動狀態的作用,重塑了流束曲線，使流體的流動更加穩定。實踐證明，相比于孔板流量計,V錐流量計的流出系數隨雷諾數的變化基本不變，且需要較短的前直管段。
實流實驗的結果表明，即使上游存在各種不同類型的阻流件時,對于V錐流量計來說只需3D的前直管段即可保證計量精度在+0. 5%的范圍之內,而對于孔板來說則需要10D甚至30D的前直管段才能達到同V錐的同等精度。為了更好的從本質上來分析兩種差壓式流量計的差異，采用CFD軟件Fluent分別對兩種流量計在上游存在相同阻流件即球閥+90°彎頭)時的情況進行建模仿真。仿真的錐體和孔板部分的壓力云圖以及速度矢量圖如圖10至圖13所示。
對比圖10與圖12不難發現，V錐的下游取壓在錐體尾部，避開了漩渦較大的區域,處在一個速度較為平穩的區域。而孔板的下游取壓剛好處在漩渦區域，漩渦的存在導致了孔板下游的壓力信號的采集存在較大的干擾。因此，采用同樣的差壓變送器對兩種流量計進行測量時,V錐流量計的差壓信號的信噪比要明顯高于孔板。
如此，在流體流過V錐時，流體介質的方向會隨著錐體的邊壁慢慢向管壁收縮，如圖11所示，流過錐體之后形成漩渦，無論錐體前端的流體的流動是否得到充分發展，在錐體尾部還是會存在一個速度相對平穩的區域。而對于孔板而言，它的這種結構使得流束在管道中心突然收縮，在下游取壓處產生較大的漩渦，前端流體是否充分發展將會對漩渦的特性產生不確定性的影響，這就直接影響著差壓信號的測量。因此,在;孔板和V錐流量計的上游均存在相同阻流件時，流體的未充分發展對V錐流量計的測量產生的影響較小，而對于孔板產生的影響較大，即在保證同樣精度下，V錐所需要的前直管段相比于孔板要短。
3總結
對DN100球閥+DN100單彎頭,DN150球閥+DN150變DN100漸縮管,DN150球閥+90°單彎頭+DN150變D100 漸縮管,DN150球閥+ 90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭這四種阻流件組合形式，通過改變前直管段長度對V錐流量計的測量精度進行實流實驗,發現當后直管段長度不變時,隨著前直管段長度變短，流出系數相對誤差隨之變大。為V錐流量計在以上四種阻流件組合條件下，前直管段長度變化跟流出系數的變化趨勢圖和雷諾數跟流出系數的關系變化提供了參考。通過對V錐流量計和孔板流量計結構的模擬仿真對比，得到當孔板和V錐流量計的上游均存在相同阻流件時,流體的未充分發展對V錐流量計的測量產生的影響較小而對于孔板產生的影響較大，即在保證同樣精度下,V錐所需要的前直管段相比于孔板要短。
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