节流装置上下游异径管安装有什么影响？渐扩管、渐缩管对流量测量误差的影响

节流装置附近为什么要注意异径管？

孔板、喷嘴等节流装置的流量测量结果与节流件前后的流动状态密切相关。当节流件附近存在渐扩管或渐缩管时，管径变化会改变流体的速度分布和压力分布，从而使节流件处的流场偏离正常状态，并引起流出系数变化。

尤其是在节流件附近直接安装异径管时，不同的安装位置、异径方向以及节流件直径比β，对测量结果的影响可能存在很大差异。

资料给出了节流件上下游安装异径管时的试验数据。下面分别比较紧靠渐扩管下游、紧靠渐缩管下游以及紧靠渐缩管上游三种情况。

一、三种异径管安装方式对流出系数的影响

从表中可以直接看出，不同异径管布置方式造成的影响差别很大。其中，节流件安装在渐扩管下游时影响最明显，特别是在β较大的情况下，流出系数偏差可能非常大。

二、节流件安装在渐扩管下游有什么影响？

第一种情况是在节流件前方设置渐扩管，也就是流体首先经过小直径管道，然后经过渐扩段进入较大的管道，随后到达节流件。

原资料所示布置中，渐扩段前后标注的距离均为约1.8D，渐扩前小管径约为0.5D。

当β=0.4时，流出系数偏差已经达到+10%；当β增加到0.7时，偏差进一步增大到+50%。

这说明渐扩管设置在节流件上游且距离很近时，会对节流测量造成非常明显的影响。特别是大β值节流装置，对这种上游流场扰动更加敏感。

三、为什么渐扩管位于节流件上游影响这么大？

流体通过渐扩管时，流通截面积逐渐增加，平均流速随之降低。与此同时，渐扩过程会改变原有速度分布。如果渐扩角度、管径比以及后续直管段长度不能使流场充分恢复，节流件入口处就可能形成明显不同于充分发展流动的速度分布。

节流装置的流量计算依赖既定条件下的流出系数。当实际流场与确定流出系数时所要求的流动条件差异较大时，继续采用原来的流出系数就会产生附加测量误差。

从原资料给出的数据来看，这种影响在β=0.7时尤其明显，因此在工程安装中应特别避免将节流件紧靠在渐扩管之后。

四、节流件安装在渐缩管下游有什么影响？

第二种情况是流体首先通过较大直径管道，再经过渐缩管进入较小直径管道，然后到达节流件。

原资料所示安装条件中，渐缩管出口到节流件附近的距离约为D，渐缩管前方标注距离约为1.25D。

与渐扩管相比，渐缩管位于节流件上游时造成的影响明显较小。

β=0.4时，资料给出的流出系数偏差约为±0.5%；β=0.7时，偏差约为−2%。虽然其影响远小于前一种渐扩管布置，但对于要求较高准确度的流量测量，这种附加偏差仍然不能忽略。

五、渐缩管安装在节流件下游有什么影响？

第三种情况与前两种不同：渐缩管不是安装在节流件前方，而是位于节流件的下游。也就是说，流体首先通过节流件，然后再进入渐缩管。

原资料所示结构中，节流件到渐缩段的距离约为D，渐缩后的管径约为0.5D。

从数据来看，这种安装方式造成的影响比较小。β=0.4时流出系数偏差约为0～1%，β=0.7时约为+1%。

这也说明，对于节流装置而言，上游管道条件通常比下游管道条件对测量结果更加敏感。因为上游管件会直接改变流体进入节流件之前的速度分布。

六、β是什么？

在节流装置中，β通常表示节流件开孔直径与管道内径之比：

β = d / D

式中：

d —— 节流件开孔直径；

D —— 上游管道内径。

例如β=0.4表示节流孔径约为管道内径的40%；β=0.7表示节流孔径约为管道内径的70%。

从原资料的试验结果可以看到，β值变化后，同一种异径管布置造成的流出系数偏差也可能发生明显变化。

七、为什么β=0.7时渐扩管影响特别明显？

原资料中最值得注意的数据是渐扩管下游安装节流件的情况：β从0.4增加到0.7以后，流出系数偏差从+10%增加到+50%。

因此不能简单认为异径管只会产生很小的安装误差。异径形式、安装位置以及β值不同，其影响可能完全不同。

八、渐扩管和渐缩管哪个对节流装置影响更大？

按照原资料给出的三组试验数据，在相应安装条件下，渐扩管位于节流件上游时造成的影响明显大于渐缩管。

以β=0.7为例，紧靠渐扩管下游安装时流出系数偏差达到+50%，而紧靠渐缩管下游时为−2%，渐缩管位于节流件下游时约为+1%。

因此，在设计孔板、喷嘴等差压式流量测量管路时，应重点检查节流件上游是否存在渐扩管以及其他可能严重改变流场的管件。

九、异径管为什么会造成流量测量误差？

节流装置根据节流件产生的差压计算流量，而流量系数是在规定的管道条件和流动状态下确定的。

异径管会使流体产生加速或减速，并改变速度分布。如果节流件距离异径管过近，流体在进入节流件之前没有足够距离恢复到相应的稳定状态，实际流出系数就可能偏离计算所采用的流出系数。

因此，异径管造成的问题并不仅仅是“管径发生了变化”，真正影响测量的是管径变化造成的流场畸变。

十、工程安装时应该注意什么？

节流装置安装时，应尽量避免将孔板、喷嘴等节流件直接布置在渐扩管或渐缩管附近，尤其应避免紧靠渐扩管下游安装。

如果工艺管道必须变径，应根据所采用节流装置的设计标准、β值、管件形式以及实际安装条件确定所需直管段，而不能仅凭经验认为“有一段直管就可以”。

对于准确度要求较高的流量测量，还应检查节流件上游是否存在弯头、阀门、三通、异径管等扰流件，并按照相应标准要求布置足够的上下游直管段。

十一、三种安装方式快速比较

总结

节流装置上下游异径管会改变节流件附近的流动状态，从而引起流出系数偏差。原资料数据显示，节流件紧靠渐扩管下游时影响最大：β=0.4时偏差约+10%，β=0.7时可达到+50%。

节流件紧靠渐缩管下游时影响相对较小，β=0.4和0.7时分别约为±0.5%和−2%；渐缩管位于节流件下游时影响更小，对应偏差约为0～1%和+1%。

因此，孔板、喷嘴等节流装置安装时，应充分考虑异径管的位置、方向、β值以及上下游直管段条件，尤其应避免将节流件紧靠在渐扩管之后。