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變化的,因此很難準確測量管內流體的液位高度值。電磁流量計因具有耐腐蝕、測量精度較高且受管內流場分布較小等優勢,故一般采用電磁法對非滿管污水流量進行測量。但因其測量電極必須浸入流體才能獲得測量信號,因此難以采集流體液位高度低于0.1D(管徑的10%)時的測量信號。且流量計內設有多對電極,一旦某一電極出現問題,就需要更換整個流量計,增加了成本。

為解決流體液位高度低于0.1D時流量測量難的問題,本文提出了一種新型的非滿管流量計量方法: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-流量函數模型處理后得到流經被測管道的精確流量值。進行實驗前在被測管道合適位置處外接一U型連通管,基于計算機流體動力學(CFD)仿真技術對管道內氣液兩相流流動狀態進行仿真,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,根據仿真結果得出:U型連通管管徑應選為0.02m,且連通管安裝位置應選擇在管道距離入水口 1m～2.5m位置處。由仿真結果搭建實驗平臺,基于水力學法初步建立液位-流量模型,通過實驗校正該模型。將系統輸出的流量結果與電磁流量計計量結果進行比對。

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

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