不同精度要求下孔板流量計和V錐流量計的對比
表6-1精度士1%孔板流量計和V錐流量計直管段長度比較
表6-2精度±0.5%孔板流量計和V錐流量計直管段長度比較
在海洋平臺上用于貿易交接的孔板流量計精度要求達到±0.5。在保證±0.5%計量精度前提下，對于不同阻流件管道組合形式的安裝條件，孔板流量計和V錐流量計所需的前后直管段長度的比較，如表6-2所示。通過上表可以得到在不同阻流件組合形式下，如果滿足工藝的精度要求，可的安裝直管段長度。
與孔板流量計的實流實驗結果相比，V錐流量計在復雜流場下的測量優勢顯現出來:
1) V錐流量計無論在理想流場還是非理想流場下所需的前后直管段長度均比孔板流量計明顯縮短，只需前SD后3D即可。
2)當流量計上游存在阻流件時，改變前直管段長度對V錐流量計的測量性能影響不大，基本還可以保證精度，但對孔板流量計的測量影響較明顯。因此，在以后的海油平臺設計中可以考慮將V錐流量計替代孔板流量計，既節省了設計空間又能保證設計精度。
孔板流量計和V錐流量計的結構對比：
V錐流量計作為一種新型的差壓式流量計，其工作原理和孔板流量計相同。介質通過V錐時，由于阻流件V錐的存在，使得流體的流過面積發生變化，從而流速發生變化。根據伯努利方程，流速的變化引起壓力的變化，該壓力的變化與介質的流速之間存在一定的關系。因此，可通過測量錐體前后的差壓達到測量流體流量的目的。雖然與孔板原理一樣，但是***本質的區別在于孔板為中心收縮型節流裝置，而V錐為邊壁收縮型節流裝置。
圖6-1 V錐結構示意圖
測量范圍窄是制約孔板流量計使用的主要原因。一方面由于孔板的流出系數隨雷諾數的變化而變化較大，另一方面孔板的突然節流導致孔板后產生較大的漩渦，該漩渦的存在直接導致測量的差壓信號噪聲較大。而V錐流量計克服了以上的缺點。如圖6-1所示，V錐流量計是由與管道同軸的內部節流件V錐和取壓裝置組成，流體經過時并不像孔板那樣突然改變流體的流動狀態，而是介質隨著錐體的方向向邊壁收縮，該錐體起到調整介質流動狀態的作用，重塑了流束曲線，使流體的流動更加穩定。實踐證明，相比于孔板流量計，V錐流量計的流出系數隨雷諾數的變化基本不變，且需要的較短前直管段。
前面章節的實流實驗的結果也表明，即使上游存在各種不同類型的阻流件時，對于V錐流量計來說只需3D的前直管段即可保證計量精度在±0.5的范圍之內，而對于孔板來說則需要lOD甚至30D的前直管段才能達到同V錐的同等精度。為了更好的從本質上來分析兩種差壓式流量計的差異，采用CFD軟件Fluent分別對兩種流量計在上游存在相同阻流件(即球閥+900彎頭)時的情況進行建模仿真。仿真的錐體和孔板部分的壓力云圖以及速度矢量圖如圖6-2至圖6-5所示。
對比圖6-3與圖6-5不難發現，V錐的下游取壓在錐體尾部，避開了漩渦較大的區域，處在一個速度較為平穩的區域。而孔板的下游取壓剛好處在漩渦區域，漩渦的存在導致了孔板下游的壓力信號的采集存在較大的干擾。因此，采用同樣的差壓變送器對兩種流量計進行測量時，V錐流量計的差壓信號的信噪比要明顯高于孔板。
圖6-2 V錐錐體部分的壓力云圖
圖6-3 V錐錐體部分的速度矢量圖 圖6-4孔板的壓力云圖 圖6-5孔板的速度矢量圖
如此，在流體流過V錐時，流體介質的方向會隨著錐體的邊壁慢慢向管壁收縮，如圖6-3所示，流過錐體之后形成漩渦，無論錐體前端的流體的流動是否得到充分發展，在錐體尾部還是會存在一個速度相對平穩的區域。而對于孔板而言，它的這種結構使得流束在管道中心突然收縮，在下游取壓處產生較大的漩渦，前端流體是否充分發展將會對漩渦的特性產生不確定性的影響，這就直接影響著差壓信號的測量。因此，在孔板和V錐流量計的上游均存在相同阻流件時，流體的未充分發展對V錐流量計的測量產生的影響較小而對于孔板產生的影響較大。即在保證同樣精度下，V錐所需要的前直管段相比于孔板要短。
小結：
本章主要根據不同的測量精度的要求下，對孔板流量計和v錐流量計進行了一定的對比。根據上面章節的實驗數據，直接對數據進行處理分析。在士1%測量精度要求下和士o. s%測量精度要求下，分別進行了對比觀察，與孔板流量計的實驗結果相比，v錐流量計在復雜流場下的測量優勢顯現出來:
1,流量計無論在理想流場還是非理想流場下所需的前后直管段長度均比孔板流量計明顯縮短，只需前sD后3D即可。
2、當流量計上游存在阻流件時，改變前直管段長度對V錐流量計的測量性能影響不大，基本還可以保證精度，但對孔板流量計的測量影響較明顯。因此，在以后的海油平臺設計中可以考慮將V錐流量計替代孔板流量計，既節省了設計空間又能保證設計精度。
為了更好的從本質上來分析兩種差壓式流量計的差異，采用CFD軟件Fluent分別對兩種流量計在上游存在相同阻流件(即球閥+900彎頭)時的情況進行建模仿真。在孔板和V錐流量計的上游均存在相同阻流件時，流體的未充分發展對V錐流量計的測量產生的影響較小而對于孔板產生的影響較大。即在保證同樣精度下，V錐所需要的前直管段相比于孔板要短。
流量計廣泛應用于天然氣、石油等工業測量中，流量計的測量準確度將會直接影響到工業測量市場的運行。這對流量計的測量準確度提出了較高的要求?？装辶髁坑嫼蚔錐流量計廣泛應用于工業中，安裝條件對流量計的影響很大，有些標準對孔板流量計的安裝條件作了一些規定，V錐流量計出現的比較晚，還很少有標準對其安裝條件作出規定，因此安裝條件的實驗研究對流量計的實際應用有很大的參考與借鑒的意義。
本文針對孔板流量計和V錐流量計，對安裝條件對其測量準確度的影響進行了實驗研究，內容和研究成果如下:
1)對孔板流量計和V錐流量計的研究現狀進行了詳細地介紹，針對流量計對測量準確度要求比較高的問題，說明了本文的研究目的與意義。
2）對孔板流量計和V錐流量計的工作原理進行了分析，在此基礎上，利用伯努利方程和連續性方程推導出了孔板流量計和V錐流量計的流量測量模型。根據流體的分類，分別對不可壓縮流體和可壓縮流體進行了分析推導。孔板流量計的研究比較早，有很多的參考和實際研究成果，而V錐流量計的出現時間比較晚，對其結構尚未做標準化工作，對里面的各項參數也不是很清楚，所以在這里對V錐流量計的理論進行分析具有重大的意義，為下面的實驗研究打下了良好的理論基礎。
3)對用于實驗研究的實驗平臺進行了設計研究。對實際的實驗裝置的原理以及每個環節進行了介紹，在此實驗裝置基礎上，設計了計算機的軟件平臺，用于對實驗數據的分析研究，同時對軟件流程進行了詳細地分析闡述。對用于實驗中的阻流件進行了選擇， 根據實驗裝置和實驗的內容，對實驗方案進行了設計并對其流程做了簡單的介紹。