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均速管取压孔的研究进展

均速管取压孔的研究进展
1 均速管取压孔的位置
均速管取压孔的作用在于对管道内流体的速度分布进行取样,当各个取压孔的速度的算术平均值等于管道内的平均流速时, 这样的取样才有意义。 为了确定取压孔位置和数量,使取样能准确反映管道内平均流速,首先得了解流场的速度分布,能够数值描述流场分布。 对于速度分布不稳定、不对称的流体,很难用数学模型来描述它们,但是对于充分发展的湍流,其速度分布是对称而且稳定的 [26] ,人们已经提出多种数学模型来描述它。 1932 年,尼古拉兹提出指数式的管流模型,如式 ( 2 ),但是尼古拉兹模型只是近似的,在管流中心和边界处与实际并不相符。 随后, 人们陆续提出几种比较精确的模型如三次方模型、对数线性模型、高斯模型等。 然而单独使用以上任何一种模型都不太准确,有人提出用多种模型分段描述 。
均速管取压孔的研究进展在了解管流的速度分布数学模型之后,就可以根据数学模型设置取压孔的位置。 人们根据尼古拉兹充分发展的湍流数学模型,提出了多种取压孔设置方法,常见的有切比雪夫近似积分法、对数线性法 [45] 、高斯近似积分法、等面积分布法 [28-29] 、等流量分布法等。由于尼古拉兹模型描述的充分发展的紊流在管流的边界处和中心处不太准确,人们提出了对数—— — 切比雪夫法。对数—— — 切比雪夫法考虑了管道近壁区的流场分布规律,其根据管道近壁区的对数线性规律来设置取压孔, 改进了切比雪夫法, 经过大量实验, 人们发现对数—— — 切比雪夫法更加准确,这种方法也被国际标准化组织所编写的 ISO 3966-2008 [46] 所采用。
2 均速管取压孔的数量
关于高压取压孔的数量,有人研究证明在粗糙管内取一对即可,平均流速点的位置总是处于 r=0.758 R处,但是后来有人证明在光滑管内并非如此,毛新业认为取两对到三对即可 [5 , 10] 。 对于高压取压孔,事实上可以根据所测量的管径确定取压孔的数量。 对于低压取压孔的数量,一开始跟高压取压孔一一对应,后来认识到管道横截面上各点静压相等, 只设置一个就行。 但是实际使用中由于低压取压孔容易被堵塞,又恢复到多个低压取压孔。
3 均速管取压孔的形状和大小
对于取压孔的形状和大小,现在常见形状有圆形和槽形。 圆形取压孔很普遍, 大多数均速管都是采用圆形的取压孔, 槽形取压孔主要是 T 形均速管在使用。 谭强 等发现当倒角角度一定时,输出压力随深度的增大而增加,当倒角深度一定时,输出压力随角度先增加后减小,倒角为 30° 时,输出压力最大。 取压孔的大小,理论上越小越好,因为越小越能反映该点的真实流速,但越小就越容易堵塞,这个问题得综合考虑 。
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