金屬管浮子流量計用于連續測量封閉管道中液體和氣體的體積流量,結構簡單、工作可靠、使用維護方便,能適應各種場合,因此廣泛地應用于流量測量和工業過程控制中。
流量計由傳感器和指示器組成,除就地指示瞬時流量外,還可遠傳輸出4~20mADC電信號,整體采用模塊式組合設計,可在現場快速增加上下限開關
、流量累積功能 ,各功能單元板為插裝結構,具有更換部件簡單、方便、定位準確的特點。
1 為什么要進行流量換算
制造廠家是用水或空氣來進行浮子流量計的標定的。由于實際應用時介質的狀態和標定時不同,根據測量原理,浮子在測量管中的同一位置所代表的流量值和標定時是不同的,要想正確選擇流量計的規格、現場使用好儀表,就要知道它們之間的流量換算關系。
另外浮子流量計行業標準規定其精度是相對于滿量程而言的,所以用戶使用時,其常用流量應達到滿量程的60%~80%以上較為合理,如果用在50%以下則相對誤差會增大,精度受影響,如果流量超過滿量程更是無法正常測量,因此只有正確進行流量換算才能選出適合的儀表。
2 換算的依據
1.1 金屬管浮子流量計的工作原理為金屬管浮子流量計的工作原理示意。在垂直的錐形管中,放置一阻力件,即浮子。當流體自下而上穿過錐管時,受到浮子迎流體積阻擋而產生一個壓差,從而對浮子形成向上的作用力,同時由于流體本身的黏性,對浮子產生黏性力,當這兩個力的合力大于浮子本身的重力時,浮子就會向上升,同時浮子與錐形管問的環形流通面積增大,流速減低,此時浮子對流體阻力作用減小.當浮子受到的力達到平衡時,浮子就會停留在某一高度。傳統的金屬管浮子流量計設計采用經典浮子流量公式計算,即
(1)
式中:qv為浮子流量計的體積流量;α為流量系數;D0為浮子zui大迎流面的直徑;h為浮子在錐管中的垂直位置;φ為錐形管夾角;Vf為浮子體積;ρf為浮子材料密度;ρ為流體密度;Af為浮子垂直于流向的zui大截面面積。
1.2 計算流體力學及其控制方程
計算流體力學(computational fluid
dynamics,CFD)是一門利用計算機求解描述流體流動規律的控制方程組技術,涉及到流體力學、計算方法和計算機圖形處理等技術。為了簡便,以不可壓縮湍流流動為例寫出筆者使用的k-ε模型通用形式的流體控制方程。在直角坐標系中,流動可由連續性方程和雷諾時均N-S方程描述,即
連續方程
(2)
雷諾方程
(3)
式中:ui為平均速度;P為平均壓力;ν和νt分別為分子黏性系數和渦黏性系數。
對高數湍流,渦黏性系數的計算公式為
νT=Cμk2/ ε
(4)
式中:k、ε分別為湍動能和耗散率
Cμ為無量綱常數。
k和ε由各自的輸運方程得到,對高Re數問題有K方程
(5)
ε方程
(6)
式中:Gk為湍動能產生項
Dÿ為平均應變率張量。
筆者的仿真模型建立在已有仿真實驗的基礎上,并針對以往模型中存在的入口速度剖面為等值面這一不合理設置,給出合理的圓管入口速度剖面;同時按照實際流量計的構造,在流量計的入口與出口處加入導流架,從而提高了仿真結果的準確性。
近年來,我國化工行業中采用離子膜法制堿工藝發展很快,前幾年該裝置大多為全套進口,包括在線的各種儀表。現在從設備到儀表逐漸國產化,這樣既能保證質量,同時可以節約大量外匯。
西北某大型化工廠在建成試生產階段就發現安裝在陰、陽兩極管道上的兩臺浮子流量計工作不正常,指針總在擺動,無法讀數;輸出電流信號也不穩定,難以實現預期的工藝流程調節與控制目標等,以至影響了正常投產。
經現場觀察和分析認為:陰極、陽極兩條管道中被測量的介質均為既不均勻、比例又不固定的氣、液雙相介質;而流量計則是常規型浮子流量計。
浮子流量計的工作原理之一是浮力定律,也就是與被測介質的密度有關,密度不穩定時浮子就會跳動。由于本工況液體伴有不定氣體量的情況,產生脈動流,導致了流量計的上述現象。
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