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弯管流量传感器的一些解释及介绍
发布时间:  2011/8/6 11:20:09

空气和水是人们生存中每时每刻都离不开的两种流体物质。人生活在流 体(空气)中,流体(水)在人体中流动,可以说,流体流动是生命的基础。 但空气和水在流动时所表现出来的某些奇异现象,时至今日,仍然让人们难 以理解。为研究不同范围的流体流动的有关规律,建立了几种相近但又不同 学科,流体力学以研究封闭管道中流体及航空机械流体为主(流体在封闭外 壳中流动),水力学以河流与明渠等大地水流为主(流体在半封闭外壳中流 动),气象力学则以大气环流为主(流体在流体中流动)。流体流动时所产 生的各种现象是极其复杂的,人类至今知之甚少。无奈之下,人们不得不采 取实用的方法,为不同的研究目的,人们作不同的简化与假设,因此,在不 同的流体研究领域,经常出现不协调的理论,这尚不足为奇。但在解释弯管 壳体外侧压力高、内侧压力低的理论上,同时有四种以上的假设并行,可谓 奇观!其一是离心说(离心说者称其为离心流量计),其二是强制旋流说, 其三是自由旋流说,其四是阻力说,似乎还有其他。离心说虽无需内外侧流 速不同的假设,但暗含“外侧流速大,内侧流速小”。强制旋流说的假设是 弯管壳体“外侧流速大,内侧流速小”;自由旋流说的假设是弯管壳体“外 侧流速小,内侧流速大”;二者完全相反。
既然都是假设,也就不必分其对与错。在流体计量领域,黑匣子工作法是常用的方法。 [上述几种理论的假设虽然不同,但其假设的前提确是很相似的:㈠、流体的流动状态类似层流,
流体的自身状态类似胶体;㈡、流体只要进入弯管就具有相同流动状态,与弯管弯曲角θ无关;弯管内
外的差压在整个弯管内不同角度上相同。假设的前提㈠,在工业测量领域几乎不存在;假设的前提㈡当 然也不准确,参考资料[5]中,曾发现外侧低,内侧高的特殊现象。]
弯管流量计的结构确实是最简单的,但给人的困惑也是最大的。
弯管流量计原理之谜与柏努利方程的应用条件 流体之谜,就在我们每个人的身边,随处可见。弯管流量计的原理也是
一个谜。弯管流量计的原理虽然一时还难以说清楚,但这并不影响弯管流量 计的应用与发展。犹如孔板的原理也是有疑问的,在孔板的前后,明明管道 断面相同,平均流速亦应当相同,但孔板的前后,确有差压存在;而不同的
取压位置,所得差压又不同,但又都可以用于流量计算,这是什么道理,没 有人问,也就不用解释。流体力学中的柏努利方程的适用条件,是元流的两 个稳定流断面的能量守恒。而孔板、弯管等是流体的激变阻力元件,在其本身以及周围,柏努利方程均不适用。流体力学工作者将激变阻力元件的研究 置于自己的工作范围之外,而流体计量工作者亦未将激变阻力元件的研究置 于自己的工作范围之内,两头落空。单靠一些仪表工者的自发的单打独斗,
难见大的成效。建议有关部门,有能力的科研单位与厂家,重视 “流体计量 力学”的研究。这样会有事半功倍的成效。
1.2 弯管流量计的“惯性原理”
如果真想知道在弯管中及其前后的流速分布,除非由专业工作者进行实 测之外,很难再找到其他真正的解决办法。在此之前, 普通仪表工作者只能 靠从日常生活中观察到的现象进行类比或根据已有的知识进行推理。
①用筷
子在茶杯中搅动几圈后,外圈的水流动快(指线速度大),中心的水流动慢
(指线速度小),颗粒物聚于中心;同时外圈的水位高,中心的水位低。
② 河流在急转弯时,内侧泥沙沉积,外侧冲刷重,所以才有九曲河的美景。
③根据惯性原理,每个流体团(或分子)都有按原有方向继续前进的惯
性。在弯管前的若干距离前(最小为 5D),管中的最大流速团在管中心,在 弯管处,速度大的流体团会插入速度小的流体中,从而使弯管外侧流体的速
度增大,弯管内侧流体的速度减小,使弯管内的最大速度点外移;当弯管管 壁强迫流体团改变方向时,流体团会给管壁一个反作用力,弯管外侧的压力 也就增加。根据附面层流速分布理论,在管壁上的流体的流速为 0,离开管壁
适当距离的流速达到最大值。根据不良绕流体的附面层流体脱落理论,当 R/D 较小时,在弯头之后,会有间歇性的旋涡出现。根据流体流动具有扰流(流 速与压力波动,相当于江河湖海的波浪)相伴的特点,其流速分布将是紊乱
的,但从统计学角度的看,还是有一些规律的。最大流速点在稳定流的直管 时与管中心重合;最大流速点在弯管处的外移,R/D 值越小,外移越大;平均 流速越大,外移越大;R/D 值越大,外移越小,当 R/D 值足够大时,即直管,
外移偏心距 E 为 0;平均流速越小,外移越小;再忽略扰流的影响(相当滤波), 可得在某些特定条件下的弯头流速分布设想图。对于某一 R/D 值,某一流速 值,最大流速点的外移情况又因角度φ不同而不同。另外,弯管的弯曲角θ越大,偏心距 E 的稳定区域越大。



 
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