液體流量計(jì)量表在線檢定實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

發(fā)布：2019-01-10 | 點(diǎn)擊：人次

摘要：液體流量計(jì)量表在線檢定實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量儀生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)原理（CFD），對不同的管道條件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析管道內(nèi)流場分布情況，并通過實(shí)流試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬試驗(yàn)的結(jié)果比較，討論了影響在線流量計(jì)檢定結(jié)果的因素。。更多的流量計(jì)廠家選型號(hào)價(jià)格報(bào)價(jià)歡迎您來電咨詢，下面是液體流量計(jì)量表在線檢定實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬文章詳情。

根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)原理（CFD），對不同的管道條件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析管道內(nèi)流場分布情況，并通過實(shí)流試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬試驗(yàn)的結(jié)果比較，討論了影響在線流量計(jì)檢定結(jié)果的因素。將CFD技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)場在線流量計(jì)檢定，能夠優(yōu)化檢定結(jié)果，保證數(shù)據(jù)的可靠性，從而更好解決一部分不能離線檢定的流量計(jì)的量值溯源問題。

0引言

液體流量計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)、貿(mào)易結(jié)算、節(jié)能減排中必不可少的計(jì)量器具，被列入國家強(qiáng)制檢定計(jì)量器具目錄。后續(xù)檢定時(shí)，經(jīng)常需要離線檢測流量計(jì)，而有些使用單位由于連續(xù)生產(chǎn)無法停流，使得一些使用中的流量計(jì)不能及時(shí)拆卸、按周期進(jìn)行檢定，準(zhǔn)確性難以確認(rèn)。同時(shí)，對大口徑流量計(jì)拆裝和運(yùn)輸送檢又十分麻煩。為此，多數(shù)企業(yè)配備了便攜式超聲流量計(jì)用以在線自校自檢。此外，許多法定計(jì)量機(jī)構(gòu)也在日常工作中使用便攜式超聲流量計(jì)進(jìn)行在線檢定。但在使用過程中，超聲流量計(jì)的現(xiàn)場工作條件與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的工作條件相差很大，準(zhǔn)確度有一定偏離。

針對上述問題，本文根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)原理（簡稱CFD），對不同的管道條件進(jìn)行數(shù)值模擬，得出管道內(nèi)流場分布結(jié)果。通過部分安裝條件下的現(xiàn)場檢定數(shù)據(jù)與流場數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)一步討論影響在線液體流量計(jì)檢定結(jié)果的參數(shù)并評估其影響量。希望通過使用數(shù)值模擬的方法能夠優(yōu)化檢定結(jié)果，保證數(shù)據(jù)的可靠性，

1實(shí)流現(xiàn)場試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)方案

試驗(yàn)中使用1.0級外夾式超聲流量計(jì)，設(shè)定所有試驗(yàn)均在DN100管道、介質(zhì)為水、流量為100m3/h條件下，測量結(jié)果與0.2級電磁流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比較，測量數(shù)據(jù)6次為一組，其中1~8數(shù)據(jù)組前直管段大于15D。

（1）再現(xiàn)性

測量超聲流量計(jì)在不銹鋼管道上的誤差及重復(fù)性，測一組數(shù)據(jù)。同一操作人、同一安裝條件下，進(jìn)行超聲流量計(jì)再現(xiàn)性試驗(yàn)，測兩組數(shù)據(jù)。三組數(shù)據(jù)合并比較。

（2）管壁影響

將試驗(yàn)1的zui后一次試驗(yàn)完成后，所得數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。不用重新拆裝超聲流量計(jì)，僅更改壁厚參數(shù)，測兩組數(shù)據(jù)。

（3）內(nèi)襯影響

分別安裝四種不同內(nèi)襯（a無內(nèi)襯有少量銹跡、b灰漿、c油漆、d聚四氟乙烯）的碳鋼短管至DN100臺(tái)位，比較不同內(nèi)襯情況下的測量結(jié)果。各測一組數(shù)據(jù)（100m3/h流量點(diǎn)），如無信號(hào)酌情放棄。

（4）流場影響

超聲流量計(jì)在含調(diào)節(jié)閥（如球閥）、彎管等不同管道條件下，比較測量結(jié)果。

1.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析一：超聲流量計(jì)重復(fù)性及再現(xiàn)性對于在線檢定的影響。數(shù)據(jù)（1~3）由同一人在同一測量條件下得出：三組重復(fù)性均小于0.2%滿足要求，但三組在同一測量點(diǎn)重復(fù)拆裝的誤差值相差接近0.4%，這相對于1.0級的標(biāo)準(zhǔn)表是不可忽略的。因此安裝超聲流量計(jì)進(jìn)行在線檢定時(shí)必須要求操作人員謹(jǐn)慎仔細(xì)，按照操作規(guī)程及超聲使用要求進(jìn)行安裝。同時(shí)，取三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值0.17%為誤差參考標(biāo)準(zhǔn)值。

分析二：管道壁厚及內(nèi)徑參數(shù)對于在線檢測的影響。試驗(yàn)（3）和數(shù)據(jù)（4）反映了在測量及設(shè)定管道壁厚時(shí)應(yīng)盡量保證管道壁厚數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)（4）中壁厚減小0.5mm，測量結(jié)果偏移0.37%；而壁厚值或內(nèi)徑差超過1mm時(shí)超聲流量計(jì)提示“信號(hào)差或參數(shù)有誤”，顯示流量約300m3/h遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)值。

分析三：管道內(nèi)襯對于在線檢定的影響。試驗(yàn)中分別安裝了四種不同內(nèi)襯的碳鋼短管，因聚四氟乙烯該種材質(zhì)無信號(hào)，現(xiàn)場得到三組數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)（5~7）。由數(shù)據(jù)可知，碳鋼無內(nèi)襯有少量銹跡管道及油漆內(nèi)襯的測量結(jié)果與不銹鋼管道的測量結(jié)果是一致的，而碳鋼灰漿內(nèi)襯管道的測量結(jié)果偏移了0.60%。多組試驗(yàn)后分析，原因是由于灰漿加襯時(shí)含有氣泡或雜質(zhì)。數(shù)據(jù)（8）為灰漿內(nèi)襯改用瀝青參數(shù)，即內(nèi)襯參數(shù)誤用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。但結(jié)果數(shù)據(jù)卻更接近參考標(biāo)準(zhǔn)值，比灰漿內(nèi)襯參數(shù)的測量結(jié)果偏移了0.66%。因此，選擇內(nèi)襯參數(shù)以及內(nèi)襯實(shí)際情況對于在線檢測是十分重要的。

分析四：現(xiàn)場安裝管路條件對在線檢定的影響。試驗(yàn)中有調(diào)節(jié)閥條件得到四組數(shù)據(jù)（9~12）。四組重復(fù)性均小于0.2%滿足要求，但誤差值偏離較大，這與流場分布不均勻有關(guān)。日常檢定中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場條件不能滿足超聲流量計(jì)夾裝的基本條件，導(dǎo)致流場分布不均勻，測量結(jié)果發(fā)生偏離。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，阻力件（縮管）前的測量值要優(yōu)于其后的測量值，但偏差值超過4%。

2CFD數(shù)值模擬試驗(yàn)

現(xiàn)場管道條件及參數(shù)多樣的特點(diǎn)使得實(shí)流試驗(yàn)不可能覆蓋全部條件，但可通過CFD數(shù)值模擬試驗(yàn)輔助。數(shù)值模擬試驗(yàn)共分析了12種管道條件下的流場分布情況，表2中僅列出一類用于分析以及和實(shí)流試驗(yàn)數(shù)據(jù)作比較。污水流量計(jì)

以上結(jié)果均以DN100口徑、入口100m3/h為模擬條件。標(biāo)準(zhǔn)直管道下截面平均流速3.537m/s，以此為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行數(shù)值比較。由圖1、2可以看出，各種條件下流場均發(fā)生了不同程度的分布不均勻的情況。如果在線檢測不考慮現(xiàn)場管道條件，將會(huì)給檢測結(jié)果帶來較大的誤差。以球閥30°開度流場分布為例，其各徑向截面流速平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之差見表3。

檢測時(shí)應(yīng)盡可能地將超聲流量計(jì)夾裝在阻力件前后20D之外，這也是超聲流量計(jì)使用要求。但現(xiàn)場條件無法滿足時(shí)，zui好將其安裝在阻力件之前，并盡量遠(yuǎn)離阻力件，愈靠近阻力件誤差就越大。同時(shí)，測量時(shí)應(yīng)考慮流場分布不均勻帶來的附加誤差。由數(shù)據(jù)可以看出，球閥前5D、10D處的流場影響量遠(yuǎn)小于球閥后5D、10D處。球閥后5D處的截面平均流速與標(biāo)準(zhǔn)流速相差近4%，這與實(shí)流現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)所得的結(jié)果是相符合的（見表1、表3中加*數(shù)據(jù)）。

3結(jié)論

通過現(xiàn)場實(shí)流試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬試驗(yàn)的結(jié)果，可以得出使用便攜式超聲流量計(jì)進(jìn)行在線流量檢定時(shí)結(jié)論：

（1）重復(fù)性及再現(xiàn)性對于檢定結(jié)果的影響范圍約為±（0.2~0.4）%。

（2）管道壁厚及內(nèi)徑參數(shù)對于檢定結(jié)果的影響范圍約為±（0.2~0.4）%。

（3）管道內(nèi)襯對于檢定結(jié)果的影響范圍約為±（0.5~1.0）%。

（4）現(xiàn)場安裝管路條件對于檢定結(jié)果的影響范圍約為±（4.0~5.0）%。

總之，液體流量計(jì)在線檢定時(shí)應(yīng)選擇合適的安裝位置，仔細(xì)安裝超聲流量計(jì)、測量管道壁厚及內(nèi)徑，減少安裝操作附加誤差。如現(xiàn)場確實(shí)無法將超聲流量計(jì)夾裝在阻力件之前，需考慮在測量結(jié)果上附加流場不均勻帶來的誤差，應(yīng)盡可能充分了解甚至測量安裝點(diǎn)前后阻力件的距離，以便可以通過CFD數(shù)值模擬估算誤差值。

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