0引言
　　氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji) 是計量(liang)天然氣(qi)、液化氣(qi)、煤氣等(deng)介質的(de)速度式(shi)儀表[1-2]。爲(wei)了改善(shan)氣體渦(wo)輪流量(liang)計的性(xing)能，爲設(she)計提供(gong)指導和(he)方向🌈，近(jin)年來一(yi)些學💘者(zhe)利用CFD技(ji)術對其(qi)内部流(liu)場進行(hang)了研究(jiu)。LavanteEV等[3]利用(yong)FLUENT對氣體(ti)渦輪流(liu)量計内(nei)部流場(chang)進行數(shu)值模拟(ni)，并根據(ju)仿真結(jie)果解釋(shi)實驗過(guo)程🌂中的(de)現象。對(dui)前導流(liu)器引♉起(qi)的流量(liang)計壓力(li)損失進(jin)行數值(zhi)計算和(he)實驗測(ce)量，從流(liu)動機理(li)上解釋(shi)了結構(gou)和壓損(sun)之間的(de)關系。LIZhifei等(deng)[6]利用數(shu)值模拟(ni)得到了(le)導流器(qi)内部的(de)速度場(chang)和壓力(li)場，并以(yi)減小💞壓(ya)力損失(shi)🔅爲目标(biao)優化了(le)導流器(qi)的結構(gou)。通過對(dui)氣體渦(wo)💋輪流量(liang)計進行(hang)CFD仿真，研(yan)究不同(tong)流量下(xia)的壓損(sun)✨值，并通(tong)過實驗(yan)證明了(le)👉數值模(mo)拟的有(you)效性。對(dui)渦輪傳(chuan)感器内(nei)✨部的速(su)度場和(he)壓力場(chang)進行了(le)數值仿(pang)真，提出(chu)對前後(hou)導流器(qi)、葉輪葉(ye)片形狀(zhuang)和頁頂(ding)間隙的(de)改進。
　　上(shang)述研究(jiu)中未涉(she)及針對(dui)不同螺(luo)旋升角(jiao)渦輪内(nei)流場🛀的(de)數🌂值模(mo)拟，以及(ji)渦輪葉(ye)片螺旋(xuan)升角的(de)改變對(dui)㊙️儀表性(xing)能影響(xiang)的研究(jiu)。本文對(dui)安裝35°和(he)45°葉片螺(luo)旋升角(jiao)渦輪的(de)DN150型氣體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)内流場(chang)進行數(shu)值🏃🏻‍♂️模拟(ni)，通過模(mo)拟結果(guo)🔴預測儀(yi)表的始(shi)動流量(liang)和壓力(li)損失，并(bing)利用預(yu)測的正(zheng)确性，爲(wei)渦輪葉(ye)片螺旋(xuan)升角✨的(de)進一步(bu)提供㊙️數(shu)值方法(fa)。
1數學模(mo)型及邊(bian)界條件(jian)
　　利用FLUENT軟(ruan)件對渦(wo)輪内流(liu)場進行(hang)數值模(mo)拟時，忽(hu)略天✍️然(ran)氣的密(mi)度變化(hua)，在0～1200m3/h内，介(jie)質流動(dong)速度遠(yuan)遠小于(yu)聲速（即(ji)馬赫數(shu)遠小于(yu)0.3），認爲流(liu)體不可(ke)壓縮，且(qie)假設流(liu)動中無(wu)熱量交(jiao)換，不考(kao)👄慮能量(liang)守恒方(fang)📱程。
1.1微分(fen)控制方(fang)程
　　氣體(ti)渦輪流(liu)量計内(nei)部流動(dong)爲湍流(liu)黏性流(liu)動，滿足(zu)連續性(xing)方程🈲和(he)黏性流(liu)體運動(dong)方程。
基(ji)本微分(fen)方程[9]：
連(lian)續性方(fang)程：

1.2
　　湍流(liu)模型選(xuan)擇由于(yu)雷諾應(ying)力項的(de)加入使(shi)時均N-S方(fang)📐程不封(feng)閉，爲了(le)求解引(yin)入k-ε兩方(fang)程湍流(liu)模型。兩(liang)方程湍(tuan)流🔴模型(xing)有标準(zhun)k-ε模型，Renormalization-group(RNG)k-ε模(mo)型，和可(ke)實現的(de)k-ε模型。其(qi)中，RNGk-ε模型(xing)主要應(ying)用于旋(xuan)轉機械(xie)的流動(dong)問🥵題，在(zai)大範圍(wei)🐇的湍流(liu)模拟中(zhong)有較高(gao)的精度(du)。該模型(xing)能夠比(bi)較準🌐确(que)地模拟(ni)各種複(fu)雜流動(dong)，其中湍(tuan)流黏度(du)由下式(shi)确定：

1.3網(wang)格劃分(fen)與定解(jie)條件
　　根(gen)據流量(liang)計的實(shi)際工況(kuang)分别在(zai)介質入(ru)口和出(chu)口處添(tian)🐪加10倍管(guan)💞徑的直(zhi)管段，并(bing)把整個(ge)模型剖(pou)分爲3個(ge)區域♻️：入(ru)口管道(dao)，旋轉🛀區(qu)，出口管(guan)道。旋轉(zhuan)區域又(you)細分爲(wei)渦輪轉(zhuan)子和支(zhi)架定子(zi)兩個👄區(qu)域，定子(zi)和轉子(zi)之間的(de)耦合采(cai)用多參(can)考MRF(MultipleReferenceFrame)模型(xing)。利⭐用GAMBIT前(qian)處理♋模(mo)塊對進(jin)🈲、出口直(zhi)管段采(cai)用結構(gou)化🤟網格(ge)，而對旋(xuan)轉區采(cai)用非結(jie)構化網(wang)格進🍓行(hang)劃分以(yi)滿足對(dui)葉輪内(nei)部複🥰雜(za)區域的(de)網格✏️描(miao)述，各塊(kuai)網格通(tong)過塊之(zhi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼間的交(jiao)界面拼(pin)接在一(yi)起。網格(ge)總數爲(wei)30多萬個(ge)四面體(ti)非💚結構(gou)化網⛱️格(ge)和100多萬(wan)個六面(mian)體結💃🏻構(gou)化網格(ge)，旋轉區(qu)網格如(ru)圖1所示(shi)。

　　定解條(tiao)件包括(kuo)介質入(ru)口、出口(kou)和固壁(bi)邊界的(de)設置。入(ru)口處給(gei)定相應(ying)流量（1200m3/h）下(xia)的主流(liu)速度值(zhi)；出口采(cai)用💔壓力(li)出口邊(bian)界條件(jian)🌈，出口壓(ya)力相對(dui)大氣壓(ya)爲0；進、出(chu)口管道(dao)内壁，支(zhi)架均取(qu)無滑移(yi)固壁邊(bian)界條件(jian)。葉輪部(bu)分采用(yong)旋轉坐(zuo)标💰系，給(gei)定相應(ying)流量下(xia)的葉輪(lun)轉速，将(jiang)葉片的(de)吸力面(mian)和壓力(li)面以及(ji)輪毂定(ding)義爲旋(xuan)📧轉壁面(mian)條件，在(zai)旋轉壁(bi)面條件(jian)的定義(yi)中，按照(zhao)MRF的要⭐求(qiu)，将旋轉(zhuan)✏️壁面的(de)旋轉速(su)度定義(yi)爲💜相對(dui)速度，并(bing)且相對(dui)周圍流(liu)體速度(du)❓爲0。
2計算(suan)結果分(fen)析
2.1壓力(li)場分析(xi)
　　 流量計(ji) 全壓定(ding)義爲入(ru)口全壓(ya)與出口(kou)全壓之(zhi)差，通過(guo)全壓分(fen)析能夠(gou)直接反(fan)映儀表(biao)壓損的(de)大小。全(quan)壓越大(da)表明流(liu)體經過(guo)流量計(ji)後産生(sheng)的壓損(sun)越大，壓(ya)損過大(da)會導緻(zhi)流量計(ji)不能正(zheng)常使用(yong)。進口全(quan)壓一定(ding)時，出口(kou)全壓Pout越(yue)大，則流(liu)量❤️計的(de)全壓△P越(yue)小，壓力(li)損失越(yue)小。如圖(tu)2（a）和圖3（a）所(suo)示，35°渦輪(lun)出口全(quan)壓要明(ming)顯小于(yu)45°渦輪出(chu)🤩口處的(de)全壓，這(zhe)說明相(xiang)同的工(gong)況下45°渦(wo)輪所産(chan)生的壓(ya)損較小(xiao)。

　　渦(wo)輪葉片(pian)動壓的(de)分布和(he)大小直(zhi)接影響(xiang)渦輪驅(qu)動力矩(ju)的✔️大📐小(xiao)☔，35°葉片所(suo)受動壓(ya)明顯小(xiao)于45°葉片(pian)所受動(dong)壓，說明(ming)在相同(tong)工況下(xia)45°螺旋升(sheng)角渦輪(lun)能獲得(de)較大的(de)驅動力(li)矩，如圖(tu)2（b）和圖3（b）所(suo)示，與35°渦(wo)輪相比(bi)，較小的(de)流量就(jiu)可推☀️動(dong)渦輪穩(wen)定旋轉(zhuan)，從而使(shi)儀表進(jin)入線性(xing)工作區(qu)。由此🐉可(ke)預測安(an)裝45°螺旋(xuan)角渦輪(lun)的儀表(biao)能獲💛得(de)較小的(de)始動流(liu)量。
2.2速度(du)場分析(xi)
　　當氣體(ti)介質以(yi)充分發(fa)展的湍(tuan)流經過(guo)渦輪時(shi)，35°渦輪的(de)速度矢(shi)量方向(xiang)變化較(jiao)大且向(xiang)壁面集(ji)中，使得(de)與葉片(pian)直接作(zuo)用産生(sheng)推動力(li)矩的速(su)度矢量(liang)減少，如(ru)圖（4a)所示(shi)✍️，且在出(chu)🍓口處速(su)度衰減(jian)㊙️較大，間(jian)接說明(ming)介質流(liu)經渦輪(lun)後壓損(sun)的♋增加(jia)，如圖4（b）所(suo)示。而45°渦(wo)輪内部(bu)的速度(du)矢量分(fen)布比較(jiao)均勻，過(guo)流性較(jiao)好，與葉(ye)片直接(jie)作用的(de)速度矢(shi)量較多(duo)，産生較(jiao)大的驅(qu)動力矩(ju)，如圖🔴（5a)所(suo)示，且在(zai)出口處(chu)速度衰(shuai)減較小(xiao)，如圖（5b)所(suo)示。



3實驗對(dui)比
　　氣體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)檢定采(cai)用負壓(ya)檢測方(fang)法，如圖(tu)6所示，由(you)💰标準吸(xi)風裝置(zhi)産生負(fu)壓使标(biao)準羅茨(ci)流量計(ji)和被檢(jian)定的🈲氣(qi)體🏃‍♂️渦輪(lun)流量計(ji)同時測(ce)量，安裝(zhuang)在🔞被測(ce)儀表兩(liang)端取壓(ya)口處的(de)U型管可(ke)以測量(liang)流量計(ji)進、出口(kou)處的壓(ya)力，從而(er)得到儀(yi)表的壓(ya)力損失(shi)。
　　利用黃(huang)金分割(ge)法選取(qu)0～1200m3/h範圍8個(ge)流量點(dian)，在每一(yi)個流量(liang)點随機(ji)🌈采集3組(zu)不同時(shi)刻的數(shu)據，包括(kuo)标準羅(luo)茨流量(liang)計和被(bei)檢定流(liu)❄️量計的(de)累積流(liu)量及其(qi)輸出脈(mo)沖數，對(dui)每組數(shu)據進行(hang)算術平(ping)均得到(dao)💛流量點(dian)處的🔞平(ping)均儀表(biao)系數。通(tong)過采集(ji)U型管壓(ya)差裝置(zhi)🐆的指示(shi)值🥵記錄(lu)每個流(liu)✂️量點處(chu)的壓力(li)損失，檢(jian)定結果(guo)如表2所(suo)示。

　　利用(yong)多項式(shi)插值對(dui)表2中的(de)數據進(jin)行密化(hua)，得到20組(zu)插值數(shu)據，通過(guo)3次B樣條(tiao)拟合得(de)到儀表(biao)系數曲(qu)線和壓(ya)力損失(shi)☀️曲線。
始(shi)動流量(liang)以儀表(biao)系數進(jin)入線性(xing)區的最(zui)小流量(liang)來确定(ding)，在⭕小流(liu)量區内(nei)安裝45°螺(luo)旋升角(jiao)渦輪的(de)流量計(ji)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼在流量(liang)20m3/h左右即(ji)進入線(xian)性工作(zuo)區；而安(an)裝35°螺旋(xuan)升角渦(wo)輪的流(liu)量計🐅則(ze)在流量(liang)150m3/h左右時(shi)才進入(ru)線性工(gong)作區，而(er)且在線(xian)性工作(zuo)區内也(ye)存在着(zhe)明顯的(de)波動，如(ru)🐕圖7所示(shi).

　　35°渦(wo)輪流量(liang)計在各(ge)工況點(dian)處的壓(ya)損明顯(xian)大于45°渦(wo)輪流👄量(liang)🏃‍♀️計，最大(da)♈壓損達(da)到3500Pa以上(shang)，如圖8所(suo)示。上述(shu)分析表(biao)明安裝(zhuang)45°螺旋升(sheng)角渦輪(lun)的流量(liang)計與安(an)裝35°螺旋(xuan)升角渦(wo)輪的流(liu)量計相(xiang)比具有(you)較小的(de)始動流(liu)量，較小(xiao)的壓力(li)損失，而(er)且儀表(biao)計量的(de)線性度(du)較好。

4結論
　　對(dui)螺旋升(sheng)角爲35°和(he)45°的氣體(ti)渦輪流(liu)量計旋(xuan)轉部件(jian)内流場(chang)進⛹🏻‍♀️行數(shu)值模拟(ni)，分析描(miao)述其内(nei)部流動(dong)的壓力(li)場和🏃‍♂️速(su)度場，安(an)裝45°螺旋(xuan)升☀️角渦(wo)輪的流(liu)量計比(bi)安裝35°螺(luo)旋升角(jiao)渦輪的(de)流量計(ji)具有🈲較(jiao)小的始(shi)動流量(liang)和壓力(li)損失⛹🏻‍♀️。
利(li)用黃金(jin)分割法(fa)選取儀(yi)表流量(liang)範圍内(nei)的檢定(ding)點，通過(guo)儀表負(fu)♌壓檢定(ding)平台獲(huo)得了儀(yi)表系數(shu)曲線和(he)壓力損(sun)失曲線(xian)，與數值(zhi)仿⁉️真中(zhong)的預測(ce)相吻合(he)，表明數(shu)值模⭕在(zai)流量🌏計(ji)性能預(yu)測中的(de)有效性(xing)。
　　渦輪葉(ye)片的螺(luo)旋升角(jiao)是影響(xiang)儀表性(xing)能的關(guan)鍵參👌數(shu)，合理選(xuan)擇渦輪(lun)的葉片(pian)螺旋升(sheng)角，可進(jin)一步改(gai)善儀表(biao)的性能(neng)。

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