摘要(yao)：通常大口(kou)徑管道的(de)流體流速(su)較低,根據(jù)渦街流量(liàng)計
原理,其(qí)産生的渦(wō)街信号頻(pín)率和幅值(zhi)也很低、傳(chuan)統㊙️的懸臂(bi)🛀粱式渦街(jiē)探頭在大(da)口徑管道(dao)上應用時(shi),由于其相(xiàng)對管道中(zhong)軸線的距(jù)離更遠,受(shou)管道振動(dòng)的㊙️影響更(geng)大,無法🌈很(hěn)好地進行(háng)測量采用(yong)數值仿真(zhen)軟件平台(tái)Ansys+Workbench+Fluent對大口徑(jìng)渦街流量(liàng)計
管道發(fā)生體處的(de)流場特性(xing)進行了分(fen)析根據分(fen)析🈲得出的(de)結論✔️結合(he)大口徑管(guǎn)道發生體(ti)的機械特(tè)性💁,提出💰了(le)位于發生(shēng)體處基于(yú)差壓原理(lǐ)的旋渦頻(pín)率檢測方(fāng)案。
大口徑(jing)渦街流量(liàng)計(指管道(dao)直徑超過(guo)300mm)主要用于(yú)工🤟業管道(dào)中天然氣(qì)、蒸汽、氮氣(qi)、氫氣、空氣(qì)等介質的(de)流⛷️量計量(liang)。例如：“西氣(qì)東☔輸”、“俄氣(qi)南下”等工(gong)程中需要(yao)用到大量(liàng)的大口徑(jìng)渦街流垣(yuan)計進行流(liu)量計量。
國(guó)内外對于(yu)渦街流量(liàng)計的研究(jiu)主要集中(zhong)在中小口(kǒu)徑,對于大(dà)口徑渦街(jie)流量計的(de)研究很少(shǎo)。本課題⁉️的(de)主要來源(yuan)是作者🥰所(suo)在⛷️的課題(ti)組在現場(chǎng)調試傳統(tong)懸臂式渦(wō)街流量計(jì)時發現當(dāng)管道💔口徑(jìng)超過250mm時,提(tí)取到的渦(wō)街信号波(bo)形嚴重失(shi)真。對懸臂(bì)式渦街探(tàn)進行改進(jin),增加探頭(tóu)的插入深(shēn)度,又極易(yì)引起共振(zhen),帶來更大(dà)的幹擾信(xìn)号因此,需(xū)要研究新(xin)的旋渦頻(pin)率檢測方(fāng)案。
1渦街流(liu)量計工作(zuò)原理
渦街(jie)流量計利(li)用流體振(zhen)動原理進(jin)行流量測(ce)量,在特☎️定(dìng)🆚的流動條(tiao)件下,流體(ti)一部分動(dòng)能轉化爲(wèi)振動,其振(zhen)動頻率與(yǔ)🌐流速(流量(liang))有确定的(de)比例關系(xi)。基本🌐原理(lǐ)是_2]：在與被(bèi)測介質流(liú)向垂直的(de)方向放置(zhi)一非流線(xian)型旋渦發(fā)生體,當流(liu)體流過該(gāi)旋渦發生(sheng)體時⭐,在發(fā)生體阻擋(dǎng)面後方兩(liǎng)🔞側交替地(dì)分離釋放(fàng)出兩列規(guī)則的交💚錯(cuo)㊙️排列的旋(xuán)渦,稱🏃爲馮(féng)·卡爾曼渦(wō)街,如圖1所(suo)示。
旋渦脫(tuō)落頻率f與(yu)發生體兩(liǎng)側的平均(jun1)流速V之間(jian)存在🐕如下(xià)關系♍式
式(shi)中,S爲斯特(te)勞哈爾系(xi)數；d爲發生(shēng)體迎流面(mian)的寬度,單(dān)化爲m。斯特(tè)勞哈爾系(xì)數在很寬(kuan)的一段雷(lei)諾數範圍(wei)内可保持(chí)不變。因此(ci)測得頻率(lǜ)就能得到(dao)流速。
2大口(kǒu)徑管道渦(wo)街流場仿(páng)真
ANSYSWorkbench仿真協(xié)同平台是(shì)通過對産(chǎn)品研發流(liu)程葉1仿真(zhen)環境的開(kāi)發與實施(shī),搭建一個(ge)集成多學(xue)科異構CAE技(jì)術✂️的仿真(zhēn)系統,使得(dé)整個建模(mo)、仿真、分析(xī)、前後處理(lǐ)無縫鏈接(jiē)。
FLUENT軟件運用(yòng)CFD軟件群的(de)思想,具有(yǒu)許多優化(hua)的理模型(xing)。同時采用(yong)r多種求解(jie),『法和多重(zhòng)『舣1絡加速(sù)收斂技術(shu),以此來達(dá)到最佳的(de)收斂精度(du)FLUENT可以很舭(bǐ)的州測到(dao)内部流場(chang)的變化,通(tōng)過仿真結(jie)果來指物(wù)理實驗、
2．1幾(jǐ)何模型的(de)建與網格(gé)劃分
利用(yong)ANSYSWorkbench—Geometry和ANSYSWork—bench—Mesh作爲FLUENT的(de)前處理模(mó)塊,對所研(yán)究的流場(chǎng)進行⛷️幾何(he)♉建❌模和網(wang)格劃分。在(zai)Geometry中建立大(da)口徑管道(dào)二維幾何(he)模型,如圖(tu)2和圖3所示(shi)。
旋(xuán)渦産生于(yu)發生體處(chù),故将發生(shēng)體處的網(wang)格細化,選(xuǎn)用三角形(xing)網格,大小(xiao)爲6mm。’爲節省(sheng)計算資源(yuán)将前後兩(liang)部分的網(wǎng)格設置爲(wei)四邊形網(wang)格,大小爲(wei)24mm。整個網🌂格(ge)劃分4所示(shi)。總網格數(shu)爲139194,網格質(zhi)量很好。
2．2FLUENT仿真參(can)數的設
将(jiāng)Mesh中劃分好(hǎo)的網格文(wén)件導入FLUENT,進(jìn)行計算設(she)置FLUENT的仿真(zhēn)參數☁️如下(xia)：
1)求解器(solution)：基(ji)于壓力的(de)二維雙精(jing)度瞬态(Transient)求(qiu)解器。
2)流體(ti)：空氣,密度(du)1．225kg/rn3,運動粘度(du)1．7894xl0-5m2/s。
3)邊界條件(jian)(Boundarycondition)：人口,流速(sù)入口(veloci—ty—inlet),根據(ju)需要設置(zhì)不同的流(liu)速❓；出口,壓(yā)力出口(pres—sure—outlet),零(líng)壓。
4)非穩态(tài)計算時間(jiān)步長(timestepsize)：時間(jiān)步長取決(jué)的網格大(da)小ΔX與流速(su)V。一般取時(shi)間步長T=ΔX/V,根(gen)據波形再(zai)作适當的(de)調整
5)湍流(liu)模型：RNGK—?模型(xíng)。
6)監測點：監(jian)測參數爲(wei)渦街靜态(tài)壓力(Ve~exAverageStaticPressure),具體(tǐ)位置如圖(tú)5所示。差壓(yā)⁉️傳感器放(fàng)置位置爲(wei)将發生體(ti)的三角形(xíng)邊三等分(fen)✨。
2．3仿真數據(ju)記錄
将氣(qi)體流速分(fèn)别設置爲(wei)5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s。運行100步之(zhī)後,波形呈(chéng)現周期性(xìng)。空氣流量(liang)爲5m/s時渦街(jie)流場的靜(jing)壓、速度參(cān)數的分布(bù)情況如圖(tú)6所示。對穩(wen)定後的波(bō)形作傅裏(li)葉變換,如(ru)圖7所示。
表(biǎo)1～表5依次爲(wèi)氣體流速(sù)爲5m/S、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s時不同(tong)取壓位置(zhì)的信号㊙️記(ji)錄。
2.4數據分(fen)析
從表1～表(biao)5中我們可(ke)以看出,當(dang)取壓位置(zhi)位于發生(shēng)體🌈後時,同(tong)一流速下(xia),壓力最大(dà)的點位于(yú)發生體後(hou)1.5d處,即P3處；當(dang)取壓位置(zhì)位🔅于發💔生(sheng)體處時,同(tong)一流速下(xia),壓力變化(hua)不大,隻有(yǒu)PD3明顯小于(yu)PD2和PD1。爲了兼(jian)顧到渦街(jiē)信号的穩(wen)定性,應盡(jìn)量将差壓(yā)傳感器安(ān)裝在離發(fa)生體迎流(liú)遠的位置(zhi),因此取PD2處(chu)。不同流速(su)下P3和PD2處的(de)壓力對比(bǐ),如圖8所示(shì)。
由圖8中曲(qǔ)線可知,PD2處(chu)的壓力明(míng)顯大于P3處(chu),且其值越(yue)爲4倍關🛀🏻系(xì)🌈。
3試驗結論(lùn)
大口徑渦(wō)街信号發(fa)生體的尺(chi)寸通常很(hen)大,所以其(qi)♊結㊙️構爲鋼(gang)🥰闆拼接的(de)中空結構(gou)。發生體的(de)沿管道方(fang)向的長度(du)較長,足以(yi)保證渦街(jiē)信号穩定(ding)形成。且由(you)上面仿真(zhēn)的結🔞論可(ke)知PD2處的渦(wo)🏃街信号強(qiáng)度爲P3處的(de)4倍左右。因(yīn)此,本文提(tí)出了如圖(tu)9所示的漩(xuan)🔆渦頻率檢(jian)測裝置。
進(jìn)一步的研(yan)究還需要(yào)制作旋渦(wo)發生體實(shi)物,在實❗際(ji)🈲的㊙️大口🙇🏻徑(jing)管道上驗(yàn)證方案的(de)可行性,測(cè)試其抗振(zhen)動性、重♌複(fu)性等。
以上(shang)内容源于(yú)網絡，如有(yǒu)侵權聯系(xì)即删除!
