淺談幾種典型阻力件對流量儀表的影響

我們知道影響流量儀表準確度的因素包括流體的物性、 性狀和流動特性等，這些因素都可修正或采取一定措施減輕或消除其影響，唯獨流速分布很難解決，因為工藝設計不可能照顧到流量儀表所需的直管段長度，以下討論幾種典型阻力件對流量儀表的影響。

一、彎頭

    在工藝流程中，為改變方向或高度常采用彎頭，是最常見的一種管道阻力件，無論是充分發(fā)展紊流或“自由流動” (從大氣汲入)通過彎頭后，流動都將變得較為復雜，流速分布不再對稱于軸心，且伴有漩渦(如方管還有二次流)，對流量測量準確度的影響主要取決于彎頭的曲率半徑及流速的大小。

    當流體流經彎管時，將發(fā)生離心力，外壁壓力增大流速下降；內壁壓力減小流速上升，而自彎頭流向直管時，流動的效應相反，外側流速加大，內側流速減小，同時由于流體流動的慣性，在內側將產生較大的漩渦區(qū)，外側形成較小的漩渦區(qū)。

    當彎頭曲率半徑減小，或管徑增大時，分離的效應將增強，在彎頭1/3處，流動加劇惡化，但在流體粘性的作用下， 漩渦將逐漸弱化，流速分布將趨于均衡，約10D后基本改善流動情況。因而，在單彎頭后10D之內，不宜安裝流量儀表。

    上述情況是單彎頭前為充分發(fā)展紊流，在工業(yè)現場是很少見的。常見的是多個彎頭或彎頭與其他阻力件的組合，所以僅做幾個單頭試驗遠遠不能解決非充分發(fā)展紊流的問題。這種復雜的組合，加大了二次流、漩渦 及離心力的強度，流動會更加惡化，管道越大(D>400mm)改善越困難。據專業(yè)人士估計，直管段長度至少應大于20D，否則準確度很難達到5%。加大彎頭之間的間距有可能弱化相互的影響，我們建議二個彎頭之間的距離不應小于5D。

二、變徑管

    為了改變工藝管道的口徑通常采用變徑管，主要有擴管及縮管兩種形式。長期以來它對流場的影響一視同仁，未加區(qū)別。但我們認為，縮管如果處理適當不僅不至于破壞流場，而且可以消除漩渦、改善流場，現對以下兩種情況進行討論:

1、突變管：即管徑的改變沒有過渡，突然地擴大或突然縮小，都將產生漩渦，破壞流場，管徑變化越大，破壞性越強。

2、漸變管：一是漸擴管，流體通過漸擴管是一個動能轉化為位能的過程，如擴張角不超過10°，這個轉變是漸變穩(wěn)定的，流體不會分離，也不會產生較大壓損，如文丘利的擴張段。但工藝上往往不允許有如此長的擴張段，特別是當管徑較大時，尤為突出；二是漸縮管，流體通過漸縮管是一個位能轉變?yōu)閯幽艿倪^程，較易實現。以致收縮角大至60°都不會產生分離(如文丘利管的進口)，而且還會消除漩渦改善流場，不少廠家已認識到這點，并利用它作為一種成本低、效率高的整流器，如文丘利渦街流量計、艾伯特流量計，美國康樂創(chuàng)的氣體超聲波流量計等等。據資料，上述后者對流量儀表準確度的影響將較前者可大到約20倍。

三、閥門

    在流程工業(yè)中通常采用閥門來改變流量的大小。閥門的形式多樣，是一個較復雜的阻力件，不僅給流動帶來漩渦，而且惡化流速分布。相當多的閥門在使用中都不是處于全開的狀況，開度越小，惡化流場越嚴重。而且，在流體的控制中閥門往往作為一個降壓裝置，使流體產生壓損，壓力急劇下降，還容易產生空穴，進一步增加流量儀表的誤差及危害。

    鑒于上述原因，在工藝布局上，應盡可能地將閥門安排在流量儀表的下游；如必需安排在上游，則流量儀表距離閥門至少應有5D以上的直管段長度，如無法保證，則可將閥門安排在管道的旁路上，而在安裝流量儀表的主管道上游安裝一個干擾較小的球閥或梭式閥。這里我們特別提醒要小心地安排流量儀表與閥門之間的相對位置，否則會引起無法容忍的測量誤差。

四、歧管

    在流程工業(yè)中，如從主管道流出一部分流體或有一部分流體從外流入主管道都要采用歧管。一般來說前者對流場的影響將小于后者，當然這種影響還取決流入或流出流體的流量與主管道流量的比例，比例越小影響也越小。當流體從歧管流入主管道時往往不可避免地和主管道的流動產生漩渦并惡化流速分布，直到兩種流體完全混合為止。如必需確保流量準確度，流量儀表應盡量避開歧管，或加長上游直管段長度。

    上述介紹僅為幾種典型的阻力件，在現場應用中，形形色色的阻力件會根據工藝要求，以各種方式組合起來，形成各種流動形式，對流量儀表的影響也很難通過試驗來加以規(guī)范修正。當前國際標準化組織(ISOTC30) 還是建議采用整流器(或稱流動調整器)，以便在不長的直管段長度獲得較為理想的流場，讓流量儀表保持較高準確度。

    在流量儀表家族中，經典式節(jié)流裝置使用時間最長，裝機量曾幾乎占60%以上，且積累了大量的試驗數據。雖然優(yōu)點多多，但無法面對直管段不足，準確度下降的矛盾，只能是無可奈何花落去了，這是不以人的意志為轉移的形勢的要求，近十年來國內外，涌現了不少新型的節(jié)流裝置(內錐、 整流、平衡流量計、槽道、梭式)，它們的共同特點就是上游直管段長度只要求2~5D。即可保持±0.5~1%的準確度。當然它還稚嫩，這是一切新生事物都會遇到的問題，想當年孔板的發(fā)展初期不也是這樣嗎？