淺談平衡式流量計的直管段要求

　　百度詞條：“平衡流量計是一種較為特殊的差壓式流量儀表，源自2003年美國航天飛機主發(fā)動機測液氧流量計，由美國NASA采用流量仿真技術(shù)設(shè)計和研發(fā)。它采用獨特的等雷諾數(shù)、增加節(jié)流件厚度和加工精度，使流動性能接近文丘里，構(gòu)造依然簡潔、安全，性能有質(zhì)的飛躍，巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計能在最短的直管段要求下，用相對較小的永久壓損換來較大的穩(wěn)定差壓，實現(xiàn)高精度長期穩(wěn)定測量”。

　　平衡式流量計在廠家給出的直管段要求中給出了前0.5D后0.5D的技術(shù)要求。這個技術(shù)要求在生產(chǎn)實踐中是不能滿足絕大多數(shù)實際生產(chǎn)實踐的。

　　平衡式流量計當(dāng)初是為了解決低雷諾數(shù)流體的測量問題，主要就是在層流的流態(tài)下的流體流量的測量，也就是航天發(fā)動機的液態(tài)氧從燃料箱流出后，經(jīng)發(fā)動機的噴口的加熱段氣化進(jìn)入燃燒室的液態(tài)氧的流量，這個在較低的雷諾數(shù)的層流流態(tài)，使用平衡是流量計可以保證較好的測量性能，同時對液氧的流態(tài)又有較好的控制，保證了發(fā)動機的穩(wěn)定工作。

　　層流中摩擦阻力及沿程水頭損失均與流速的一次方成正比，流速分布呈拋物線型。圓管層流流速分布如圖1所示。

　　湍流是自然界普遍存在的流體運動，它只有在流體高速流動（高雷諾數(shù)）的情況下才會產(chǎn)生。湍流的基本特征在于其具有隨機性質(zhì)的渦旋結(jié)構(gòu)，以及這些渦旋在流體內(nèi)部的隨機運動，因此，湍流能引起相鄰各層流體間動量、能量及濃度等的交換和脈動。

　　由此可以看到在層流條件下，使用平衡式孔板流量計，可以對前后直管段有較低的要求。

　　但隨流體流速的增加，雷諾數(shù)的提高，相鄰各層流體間動量、能量及濃度等的交換和脈動。由此帶來經(jīng)過流量計的節(jié)流裝置（孔板）后，就會發(fā)生運動分離。

　　這個分離強度與流體的雷諾數(shù)高度非線性相關(guān)。對于流量計而言就是流出系數(shù)與雷諾數(shù)高度非線性相關(guān)。

　　平衡式孔板流量計也是也一樣，即在湍流條件下，流體流經(jīng)每個孔時都會發(fā)生分離，由于流體流態(tài)的影響，每個孔的對應(yīng)的流體的流體流速的不同，其流經(jīng)后的分離強度是不一樣的，為了防止盡量小的后端流體分離漩渦的互擾（平衡性），其就要求每個平衡孔的流態(tài)盡量相似。

　　如何才能保證流態(tài)的盡量相似呢？最佳的手段就是盡量足夠的直管段，讓流體在平衡孔板前充分發(fā)展，保證足夠好的運動相似性。這樣才能保證測量性能。

　　根據(jù)Langhaar HL公式,L=0.058Re.d對進(jìn)口沒干擾的光滑圓管，湍流時,L為25，50d。

　　由此，我們在使用平衡式流量計時，要充分考慮直管段對其性能的影響，理想條件下的安裝要求不能作為生產(chǎn)實踐的技術(shù)指標(biāo)使用。