非满管是指流体未充满管道截面的一种工况。由于非满管工况下流体的液位高度是瞬时变化的,因此很难准确测量管内流体的液位高度值。电磁流量计因具有耐腐蚀、测量精度较高且受管内流场分布较小等优势,故一般采用电磁法对非满管污水流量进行测量。但因其测量电极必须浸入流体才能获得测量信号,因此难以采集流体液位高度低于0.1D(管径的10%)时的测量信号。且流量计内设有多对电极,一旦某一电极出现问题,就需要更换整个流量计,增加了成本。

为解决流体液位高度低于0.1D时流量测量难的问题,本文提出了一种新型的非满管流量计量方法:基于连通管原理利用高精度压力传感器测得流体液位高度值,通过液位-流量函数模型处理后得到流经被测管道的精确流量值。进行实验前在被测管道合适位置处外接一U型连通管,基于计算机流体动力学(CFD)仿真技术对管道内气液两相流流动状态进行仿真,得到U型连通管需选用的直径大小及最佳安装位置。选择100mm作为被测管径,根据仿真结果得出:U型连通管管径应选为0.02m,且连通管安装位置应选择在管道距离入水口 1m～2.5m位置处。由仿真结果搭建实验平台,基于水力学法初步建立液位-流量模型,通过实验校正该模型。将系统输出的流量结果与电磁流量计计量结果进行比对。

结果表明,在保证管道顺畅的条件下,当流体的液位高度不高于管径的10%时,测量误差<2%,重复性误差为1.45%,验证了测量方法的可靠性。本文提出的测量方法突破了传统非满管流量计难以计量液面高度在0.1D以下的流体流量的局限性,规避了内置液位计造成的损失大精度低磨损严重的问题。液位测量装置外置于U型管中,便于安装与维护。大大降低了成本,对非满管污水流量计量的研究具有一定意义。 

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