非滿管是指流體未充滿管道截面的一種工況。由于非滿管工況下流體的液位高度是瞬時(shí)變化的,因此很難準(zhǔn)確測量管內(nèi)流體的液位高度值。電磁流量計(jì)因具有耐腐蝕、測量精度較高且受管內(nèi)流場分布較小等優(yōu)勢,故一般采用電磁法對非滿管污水流量進(jìn)行測量。但因其測量電極必須浸入流體才能獲得測量信號(hào),因此難以采集流體液位高度低于0.1D(管徑的10%)時(shí)的測量信號(hào)。且流量計(jì)內(nèi)設(shè)有多對電極,一旦某一電極出現(xiàn)問題,就需要更換整個(gè)流量計(jì),增加了成本。

為解決流體液位高度低于0.1D時(shí)流量測量難的問題,本文提出了一種新型的非滿管流量計(jì)量方法:基于連通管原理利用高精度壓力傳感器測得流體液位高度值,通過液位-流量函數(shù)模型處理后得到流經(jīng)被測管道的精確流量值。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前在被測管道合適位置處外接一U型連通管,基于計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)(CFD)仿真技術(shù)對管道內(nèi)氣液兩相流流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真,得到U型連通管需選用的直徑大小及最佳安裝位置。選擇100mm作為被測管徑,根據(jù)仿真結(jié)果得出:U型連通管管徑應(yīng)選為0.02m,且連通管安裝位置應(yīng)選擇在管道距離入水口 1m～2.5m位置處。由仿真結(jié)果搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),基于水力學(xué)法初步建立液位-流量模型,通過實(shí)驗(yàn)校正該模型。將系統(tǒng)輸出的流量結(jié)果與電磁流量計(jì)計(jì)量結(jié)果進(jìn)行比對。

結(jié)果表明,在保證管道順暢的條件下,當(dāng)流體的液位高度不高于管徑的10%時(shí),測量誤差<2%,重復(fù)性誤差為1.45%,驗(yàn)證了測量方法的可靠性。本文提出的測量方法突破了傳統(tǒng)非滿管流量計(jì)難以計(jì)量液面高度在0.1D以下的流體流量的局限性,規(guī)避了內(nèi)置液位計(jì)造成的損失大精度低磨損嚴(yán)重的問題。液位測量裝置外置于U型管中,便于安裝與維護(hù)。大大降低了成本,對非滿管污水流量計(jì)量的研究具有一定意義。 

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