渦輪流量計是速度式流量計中的主要種類，當被測流體流過渦輪流量計傳感器時，在流體的作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量，根據(jù)電磁感應原理，在線圈內(nèi)將感應出脈動的電勢信號，即電脈沖信號，此電脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比。影響渦輪流量計精度的主要外部因素是流體的流動狀態(tài)，渦輪流量計特性曲線要保持良好的線性關系，流過流量計的流體應為充分發(fā)展的流型。
1.旋轉系數(shù)與下游直管段長度之間的關系
旋轉流的旋轉強度用旋轉系數(shù)來表示，旋轉系數(shù)定義為角動量通量與軸向動量通量的比值：

式中：ω -- 周向速度；
u -- 軸向速度；
R -- 管道半徑；
A -- 流體流過的橫截面積；
ρ -- 密度。
對于圓管內(nèi)的旋轉流，在r=0.95R處的旋轉角度最大，即：

采用多項迭代的方法，可編程計算出在某個值時（X 為圓管直徑D的倍數(shù)）滿足一定精度的Sw值：

    常數(shù)b和c與流體性質、雷諾數(shù)和流量有關，需要通過實驗確定。對于不可壓縮流體，b=0.030~0.085，c=0.10~0.50。一般來說，流量越大，旋轉流的衰減越大，由式（3）可以看出，旋轉流發(fā)生后的直管段越長，旋轉流的強度越弱，對渦輪流量計精度的影響越小。
2.實驗設計與結果分析
    為了在實驗過程中能得到理想的旋轉流體，實驗中采用了模擬多種強度旋轉流的發(fā)生器，旋轉流發(fā)生器安裝在流量計上游來流的起始點處。
    實驗采用稱量法，記錄電子稱上的質量脈沖數(shù)N，N乘以質量脈沖常數(shù)（0.08333），即得到質量值（kg），同時記錄時間和渦輪變送器的脈沖數(shù)，在每個流量點重復做三次，記錄三組數(shù)據(jù)，共選擇5個流量點來覆蓋渦輪流量計的測量量程。流量Q=0.08333N/t，儀表系數(shù)為：

儀表系數(shù)K與旋轉數(shù)Sw成線性關系，儀表精度為：

其中α、d均為待定系數(shù)。
    根據(jù)實驗所得多組脈沖數(shù)和流量數(shù)據(jù)，可計算出儀表精度δ值。按δ-X方程及δ和X數(shù)據(jù)進行最小二乘法回歸，可確定α和d的數(shù)值。一般來說，對不可壓縮流體，α=1.15~2.20，d=0.016~0.11。
3.直管段長度和流量計精度的初步預測
    在工程設計中，根據(jù)流體性質、流量和雷諾數(shù)確定α和d值。這樣，按照式（5）就可以依不同的流量計精度要求，對直管段長度進行初步預測，或確定直管段長度后，對流量計的精度做初步預測。
當δ=0.2%時，不同流量下所需直管段長度見表1。
表1 不同流量下所需直管段長度

d	0.0165	0.0385	0.0578	0.0755	0.0801	0.0910	0.106
X	145.05	62.16	41.41	31.70	29.88	26.30	22.58

當X=30時，不同流量下儀表精度見表2。
表2 不同流量下預測的儀表精度

d	0.0165	0.0385	0.0578	0.0755	0.0801	0.0910	0.106
δ	1.33	0.69	0.39	0.23	0.20	0.14	0.10

對流量計的精度和直管段的預測，為不同精度要求的渦輪流量計選擇適當長度的直管段提供了理論參考。
4.結語
（1）旋轉數(shù)Sw與X成指數(shù)關系，即隨著下游距離X的增加，旋轉流強度以指數(shù)方式衰減。指數(shù)系數(shù)c和α值與介質的性質，雷諾數(shù)等參數(shù)有關。
（2）對于任一旋轉流源，隨著下游距離的增加，在大流量區(qū)旋轉流強度衰減速度快，而在小流量區(qū)，旋轉流強度衰減速度要慢一些，因此，對小流量的流量計管道設計中需要加長直管段，以減少旋轉流對流量計精度的影響。
（3）不論旋轉流的方向如何，流量計越靠近旋轉流源，流量計的精度δ越差，流量計精度可以按式（5）進行初步預測。

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