液體流量計量表在線檢定實驗研究與數(shù)值模擬

發(fā)布：2019-01-10 | 點擊：人次

摘要：液體流量計量表在線檢定實驗研究與數(shù)值模擬資訊由優(yōu)秀的流量計、流量儀生產(chǎn)報價廠家為您提供。根據(jù)計算流體力學原理（CFD），對不同的管道條件進行數(shù)值模擬，分析管道內(nèi)流場分布情況，并通過實流試驗和CFD數(shù)值模擬試驗的結(jié)果比較，討論了影響在線流量計檢定結(jié)果的因素。。更多的流量計廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是液體流量計量表在線檢定實驗研究與數(shù)值模擬文章詳情。

根據(jù)計算流體力學原理（CFD），對不同的管道條件進行數(shù)值模擬，分析管道內(nèi)流場分布情況，并通過實流試驗和CFD數(shù)值模擬試驗的結(jié)果比較，討論了影響在線流量計檢定結(jié)果的因素。將CFD技術應用到現(xiàn)場在線流量計檢定，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的量值溯源問題。

0引言

液體流量計是工業(yè)生產(chǎn)、貿(mào)易結(jié)算、節(jié)能減排中必不可少的計量器具，被列入國家強制檢定計量器具目錄。后續(xù)檢定時，經(jīng)常需要離線檢測流量計，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不能及時拆卸、按周期進行檢定，準確性難以確認。同時，對大口徑流量計拆裝和運輸送檢又十分麻煩。為此，多數(shù)企業(yè)配備了便攜式超聲流量計用以在線自校自檢。此外，許多法定計量機構(gòu)也在日常工作中使用便攜式超聲流量計進行在線檢定。但在使用過程中，超聲流量計的現(xiàn)場工作條件與實驗室校準的工作條件相差很大，準確度有一定偏離。

針對上述問題，本文根據(jù)計算流體力學原理（簡稱CFD），對不同的管道條件進行數(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)進行比較，進一步討論影響在線液體流量計檢定結(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實流現(xiàn)場試驗

1.1試驗方案

試驗中使用1.0級外夾式超聲流量計，設定所有試驗均在DN100管道、介質(zhì)為水、流量為100m3/h條件下，測量結(jié)果與0.2級電磁流量計標準表進行比較，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

測量超聲流量計在不銹鋼管道上的誤差及重復性，測一組數(shù)據(jù)。同一操作人、同一安裝條件下，進行超聲流量計再現(xiàn)性試驗，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1的zui后一次試驗完成后，所得數(shù)據(jù)作為基礎數(shù)據(jù)。不用重新拆裝超聲流量計，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），如無信號酌情放棄。

（4）流場影響

超聲流量計在含調(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試驗數(shù)據(jù)

分析一：超聲流量計重復性及再現(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：三組重復性均小于0.2%滿足要求，但三組在同一測量點重復拆裝的誤差值相差接近0.4%，這相對于1.0級的標準表是不可忽略的。因此安裝超聲流量計進行在線檢定時必須要求操作人員謹慎仔細，按照操作規(guī)程及超聲使用要求進行安裝。同時，取三組試驗數(shù)據(jù)的平均值0.17%為誤差參考標準值。

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（3）和數(shù)據(jù)（4）反映了在測量及設定管道壁厚時應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時超聲流量計提示“信號差或參數(shù)有誤”，顯示流量約300m3/h遠超過標準值。

分析三：管道內(nèi)襯對于在線檢定的影響。試驗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，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%。多組試驗后分析，原因是由于灰漿加襯時含有氣泡或雜質(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)誤用的試驗數(shù)據(jù)。但結(jié)果數(shù)據(jù)卻更接近參考標準值，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。試驗中有調(diào)節(jié)閥條件得到四組數(shù)據(jù)（9~12）。四組重復性均小于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。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夾裝的基本條件，導致流場分布不均勻，測量結(jié)果發(fā)生偏離。由試驗數(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

現(xiàn)場管道條件及參數(shù)多樣的特點使得實流試驗不可能覆蓋全部條件，但可通過CFD數(shù)值模擬試驗輔助。數(shù)值模擬試驗共分析了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流試驗數(shù)據(jù)作比較。污水流量計

以上結(jié)果均以DN100口徑、入口100m3/h為模擬條件。標準直管道下截面平均流速3.537m/s，以此為標準值進行數(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準值之差見表3。

檢測時應盡可能地將超聲流量計夾裝在阻力件前后20D之外，這也是超聲流量計使用要求。但現(xiàn)場條件無法滿足時，zui好將其安裝在阻力件之前，并盡量遠離阻力件，愈靠近阻力件誤差就越大。同時，測量時應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處的流場影響量遠小于球閥后5D、10D處。球閥后5D處的截面平均流速與標準流速相差近4%，這與實流現(xiàn)場試驗時所得的結(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)場實流試驗和CFD數(shù)值模擬試驗的結(jié)果，可以得出使用便攜式超聲流量計進行在線流量檢定時結(jié)論：

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

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