浅谈几种典型阻力件对流量仪表的影响

我们知道影响流量仪表准确度的因素包括流体的物性、 性状和流动特性等，这些因素都可修正或采取一定措施减轻或消除其影响，唯独流速分布很难解决，因为工艺设计不可能照顾到流量仪表所需的直管段长度，以下讨论几种典型阻力件对流量仪表的影响。

一、弯头

    在工艺流程中，为改变方向或高度常采用弯头，是最常见的一种管道阻力件，无论是充分发展紊流或“自由流动” (从大气汲入)通过弯头后，流动都将变得较为复杂，流速分布不再对称于轴心，且伴有漩涡(如方管还有二次流)，对流量测量准确度的影响主要取决于弯头的曲率半径及流速的大小。

    当流体流经弯管时，将发生离心力，外壁压力增大流速下降；内壁压力减小流速上升，而自弯头流向直管时，流动的效应相反，外侧流速加大，内侧流速减小，同时由于流体流动的惯性，在内侧将产生较大的漩涡区，外侧形成较小的漩涡区。

    当弯头曲率半径减小，或管径增大时，分离的效应将增强，在弯头1/3处，流动加剧恶化，但在流体粘性的作用下， 漩涡将逐渐弱化，流速分布将趋于均衡，约10D后基本改善流动情况。因而，在单弯头后10D之内，不宜安装流量仪表。

    上述情况是单弯头前为充分发展紊流，在工业现场是很少见的。常见的是多个弯头或弯头与其他阻力件的组合，所以仅做几个单头试验远远不能解决非充分发展紊流的问题。这种复杂的组合，加大了二次流、漩涡 及离心力的强度，流动会更加恶化，管道越大(D>400mm)改善越困难。据专业人士估计，直管段长度至少应大于20D，否则准确度很难达到5%。加大弯头之间的间距有可能弱化相互的影响，我们建议二个弯头之间的距离不应小于5D。

二、变径管

    为了改变工艺管道的口径通常采用变径管，主要有扩管及缩管两种形式。长期以来它对流场的影响一视同仁，未加区别。但我们认为，缩管如果处理适当不仅不至于破坏流场，而且可以消除漩涡、改善流场，现对以下两种情况进行讨论:

1、突变管：即管径的改变没有过渡，突然地扩大或突然缩小，都将产生漩涡，破坏流场，管径变化越大，破坏性越强。

2、渐变管：一是渐扩管，流体通过渐扩管是一个动能转化为位能的过程，如扩张角不超过10°，这个转变是渐变稳定的，流体不会分离，也不会产生较大压损，如文丘利的扩张段。但工艺上往往不允许有如此长的扩张段，特别是当管径较大时，尤为突出；二是渐缩管，流体通过渐缩管是一个位能转变为动能的过程，较易实现。以致收缩角大至60°都不会产生分离(如文丘利管的进口)，而且还会消除漩涡改善流场，不少厂家已认识到这点，并利用它作为一种成本低、效率高的整流器，如文丘利涡街流量计、艾伯特流量计，美国康乐创的气体超声波流量计等等。据资料，上述后者对流量仪表准确度的影响将较前者可大到约20倍。

三、阀门

    在流程工业中通常采用阀门来改变流量的大小。阀门的形式多样，是一个较复杂的阻力件，不仅给流动带来漩涡，而且恶化流速分布。相当多的阀门在使用中都不是处于全开的状况，开度越小，恶化流场越严重。而且，在流体的控制中阀门往往作为一个降压装置，使流体产生压损，压力急剧下降，还容易产生空穴，进一步增加流量仪表的误差及危害。

    鉴于上述原因，在工艺布局上，应尽可能地将阀门安排在流量仪表的下游；如必需安排在上游，则流量仪表距离阀门至少应有5D以上的直管段长度，如无法保证，则可将阀门安排在管道的旁路上，而在安装流量仪表的主管道上游安装一个干扰较小的球阀或梭式阀。这里我们特别提醒要小心地安排流量仪表与阀门之间的相对位置，否则会引起无法容忍的测量误差。

四、歧管

    在流程工业中，如从主管道流出一部分流体或有一部分流体从外流入主管道都要采用歧管。一般来说前者对流场的影响将小于后者，当然这种影响还取决流入或流出流体的流量与主管道流量的比例，比例越小影响也越小。当流体从歧管流入主管道时往往不可避免地和主管道的流动产生漩涡并恶化流速分布，直到两种流体完全混合为止。如必需确保流量准确度，流量仪表应尽量避开歧管，或加长上游直管段长度。

    上述介绍仅为几种典型的阻力件，在现场应用中，形形色色的阻力件会根据工艺要求，以各种方式组合起来，形成各种流动形式，对流量仪表的影响也很难通过试验来加以规范修正。当前国际标准化组织(ISOTC30) 还是建议采用整流器(或称流动调整器)，以便在不长的直管段长度获得较为理想的流场，让流量仪表保持较高准确度。

    在流量仪表家族中，经典式节流装置使用时间最长，装机量曾几乎占60%以上，且积累了大量的试验数据。虽然优点多多，但无法面对直管段不足，准确度下降的矛盾，只能是无可奈何花落去了，这是不以人的意志为转移的形势的要求，近十年来国内外，涌现了不少新型的节流装置(内锥、 整流、平衡流量计、槽道、梭式)，它们的共同特点就是上游直管段长度只要求2~5D。即可保持±0.5~1%的准确度。当然它还稚嫩，这是一切新生事物都会遇到的问题，想当年孔板的发展初期不也是这样吗？