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适用于恒速管测量的管中均匀的速度分布

时间:2018-12-30 18:00:07 来源:杏耀平台注册 作者:匿名



自20世纪60年代后期流量管问世以来,由于其结构简单,安装拆卸方便,价格低廉,节能等优点,已成为电力,冶金,石化等行业的首选仪器[1]。它是一款带有采样特性的插入式流量计。采样的前提是每个压力抽头的速度的算术平均值大约等于管道部分的平均速度。管道中完全发展的湍流的速度分布是对称的。稳定,使压力攻丝孔的采样具有实际意义,因此均匀速度管的前端应有一个长直管段,使流动有足够的湍流[2]。

在20世纪90年代早期,Ni2karadse公式是研究圆管流动最简单的公式,但所描述的完全发展的湍流与管壁附近和管道中心的实际情况有很大不同(特别是在附近管壁)。后来出现了分段速度分布模型,但其缺点是在计算中应考虑自变量的范围。这在工程的实际应用中存在明显的缺陷。因此,统一速度分布公式的出现变得非常有意义。 。

在本文中,通过与指数分布模型的比较,可以得出结论,管内均匀的速度分布是非常可靠的。通过该分布式确定,确定了等速管的新压力点位置,并且与先前方法的结果相比获得了均匀分布。由公式确定的压力点是最准确的。

1管均匀速度分布

最典型的圆管速度分布研究是Nikaradse在1932年提出的指数分布模型。

在式(1)中,umax-最大流量是管子中心的流速,m/s; y-管道中墙壁的距离,m; n指数,其大小与雷诺数有关; u-管道中某点的流速,m/s。

该模型已被提出超过70年。半个多世纪以来,科学家们在管流的测试和研究方面做出了不懈的努力。研究表明,该模型描述的流速分布在管壁附近(y≈0),管道中心有两个位置(y=0.8R~R),无论雷诺数多少,都有一个大的偏离实际情况。

从边界层的半经验理论出发,研究了圆管中充分发展的湍流问题。整个边界层可分为三个部分:粘性底层,缓冲层和湍流核心层[4]。公式根据不同的部分给出。以下型号为:这些经典分段模型的优点是它们与实验数据很好地吻合,但缺点是表达式是分段的。有必要注意自变量的范围并选择不同的表达式。考虑到工程问题的实际问题,国内学者在20世纪80年代改进了Spalding类型,并获得了整个管道段上流速分布模型的统一描述[5,6],即:

我们得到的关系取决于λ和Π。对于光滑的圆管,λ和Π都与Re有关,即:

在上面的公式中,y-距离管壁的距离; R-管的半径; Re-Reynolds数; u-管中某点的流速; u-管中的平均流速; λ-阻力系数; Π-Coles的尾流参数,Ue--管子中心的最大流量; B=5.2; K=0.41。

当Re=1×105时,根据文献[7]得到n=7.3,并且在光滑圆管中,充分发展了分布的湍流速度指数(1)和统一分布式(10)解的解。

应注意,流速相对于管中心的直径方向的导数等于零。指数分布(1)显然不满足这一点。对于等式(10),差分方法可用于找到管道中心相对于直径方向的流速的导数。它等于零;这两个人在这个数字的大部分区域都很一致,但当时两者之间的误差很大。这是因为指数分布与0.8的实际情况明显不同。所以我们认为统一分布(10)它是相当可靠的。

2在选择恒速管压力点时的均匀分布应用

理论上,恒速管流量计的压力点可以放置在管道中的平均流速位置,可以直接测量平均流速来获得流量;然而,在实际使用中,由于管道中的各种阻力分量,这是不可行的。管道粗糙度对流动的影响通常需要长直管段以形成典型的流速分布,并且均匀速度管道的放置管道中的流量计也会影响流速分布。因此,多点测量的速度应该用于实际应用中。面积法。

速度面积法通过将管段分成相等的部分来测量流量,然后测量压力点的每个部分的流量,并且表示在压力点流量下的部件的平均流量;将流量乘以该部分面积,可以得到通过小面积的流量;然后将每个小区域的流量相加,即流过整个管道[8]。流动区域方法的关键是压力点的选择。高斯公式可用于找到均匀分布的压力点的位置。当Re=1×105时,管道横截面积减半,内圈流量为:。

从式(10)可以得到Q2=0.225 688 34,即外圈流量Q2=0.451 37668πR2u

最后,根据公式(10),可以获得两个压力点的位置。当面积大于第二分区时,相同的方法可以获得各个压力点的位置。

速度面积法通常由等环法和切比雪夫积分法使用。压力点的位置在[9]中给出。表1是通过各种方法获得的2对,3对,4对和5。对于压力分接点的位置,其中Re=1×105,n是面积的分数,ri是从管道中心到第i个点的半径R的距离的比率。

根据公式(10),可以计算每个上述压力点的uui值,然后根据速度面积法计算每个方法测量点的速度算术平均值和实际平均速度比,是,:α=(u1 ... Um)/mu,最后可以计算出测量误差σ=(α-1)×100%,结果如表2所示。

对于光滑的圆管,平均速度点位置在大的Re范围内基本保持不变[5]。通过计算发现,当Re=1×106时,误差σ在进行上述统一分布压力点测量时最大。变化仅为0.157%,这证实了上述结论。

3结论

(1)光滑圆管中的均匀速度分布是以Re为参数的一族曲线。通过与指数分布的比较,我们知道它非常可靠;

(2)在几种选择恒速管压力点的方法中,当n>时

2点时,统一分布得到的压力点在测量过程中误差最小,因此该方法在大口径管道流量测量中具有更明显的优势;

(3)由光滑圆管内均匀分布确定的均匀流量点位置在大的Re范围内基本保持不变,因此均匀速度管流量计可以在大流量范围内获得高测量精度。

摘录自:中国计量与测量网络

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