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工业锅炉是我国重要的热能动力设备之一。目前,国内工业锅炉燃料以煤炭为主,热工性能测试能够直接地反映锅炉的运行状况,而流量测量的准确性对锅炉的运行调节非常关键。本文基于 V法超声流量检测原理,采用实验研究与数值模拟相结合的方法对燃煤锅炉进水90°弯管后不同位置处流动状态和测量的准确度进行研究,为工程实际流量的测量提供理论支撑。 首先在山西大同新信环保热能有限责任公司搭建1:1的锅炉进水90°弯管流量测试试验台,选取有代表性的7组燃煤锅炉进水弯管,在不同的测试条件下,选用超声波流量计测量弯管后不同位置处工质的流量,同容积法测得的真实流量进行对比,并分析各测点测量的准确度。然后建立不同流量、不同弯曲半径、不同管径的锅炉90°弯管物理模型,给定相应边界条件,采用有限体积法进行数值模拟求解,分析弯管后工质流动状态的变化规律,并计算出测量段两个探头间采样路径的线平均速度值,经过修正后作为该位置处的测量值,与管道入口速度进行比较,得出相对误差,用相对误差曲线来衡量弯管后不同位置处的测量准确度。最后将实验结果和数值模拟结果对比,验证数值模拟的准确性。 研究发现上游弯管导致工质在弯头处产生局部扰流,使下游管道内的流动状态呈非理想均匀分布,对流量测量的准确性影响较大。用实验和数值计算得出的流量值均比理论值小,且不同测量位置的相对误差在-16%~-0.7%之间。前10D范围内,测量的准确度随测试位置与弯头间的距离增大而增加,10D后,测量的准确度在4%以内。同一测量条件下,流量测量的准确度随流量的增大而增加。弯管的弯曲半径越大,工质速度的波动程度越小,流量的准确性反而有所降低。在流量的全测量范围内,管径越大,流量测量的相对误差的绝对值越小,即流量测量的准确度越大。