摘要:爲(wèi)了深入研究(jiū)渦輪流量計(ji)
的工作原理(lǐ),以改善其精(jīng)度通過計算(suan)流體力學的(de)🔴方法對100mm口徑(jìng)的氣體渦輪(lún)流量計進行(háng)了數值模拟(nǐ)🎯,給出了氣體(ti)渦輪流量計(ji)🔆的速度場壓(yā)力場速度矢(shi)量場及其壓(ya)損。研究了不(bu)同流量下的(de)🌈壓損值,并通(tōng)過實驗進行(háng)了比較，結果(guǒ)表明數值仿(páng)真與實驗結(jie)‼️果基本吻合(hé)。
0引言
渦輪流(liú)量計是一種(zhong)速度式流量(liàng)計,近年來,已(yi)在石油、化工(gōng)科研🔞國防、計(ji)量等部門獲(huo)得廣泛的應(yīng)用。渦輪流量(liang)計具有精度(dù)高、重複性好(hǎo)、壓損小量程(cheng)比大等優點(dian),缺點是易受(shòu)流體物性.的(de)影響🈚。
21世紀以(yǐ)來,由于計算(suan)流體動力學(xue)的發展,許多(duo)專業人員1-31嘗(cháng)試進行與流(liu)量計的内部(bu)流動.相關情(qíng)況的數值仿(pang)真研究,也有(yǒu)一些專業人(ren)員對帶有旋(xuán)轉機械的流(liu)場進行數值(zhí)模拟,其中有(you)幾位人員9.13)]開(kai)始對氣體渦(wō)輪流量計
的(de)内部流場進(jìn)行數值模拟(nǐ),以便優化氣(qi)體渦輪流✌️量(liang)🏃計的内部結(jié)構。對用于天(tiān)然氣計量的(de)渦輪流量計(ji)進行數學建(jian)模并做數值(zhi)模拟,将其結(jie)果與流量計(ji)的實際校正(zheng)曲線進行比(bǐ)較。采用标準(zhǔn)k-ε湍流模型對(duì)切線型渦輪(lún)流量計進行(hang)了數值仿真(zhen)。由于氣體渦(wō)輪流量計是(shi)一種精度高(gao)的流量儀表(biao),需要對内部(bù)流場結構進(jìn)行正确的描(miáo)述。采用精細(xi)的網格先進(jin)的方法和合(hé)理的湍流🈲模(mó)型對氣體渦(wō)輪流量計的(de)🚶内部流場進(jin)行數值模拟(nǐ),以便優化☁️其(qi)🐉内部結構。
1基(jī)本控制方程(cheng)
渦輪流量計(ji)的工作原理(lǐ):當流體流過(guo)渦輪流量計(ji)時✂️,在流體的(de)作用下，葉輪(lun)受力産生旋(xuán)轉。葉輪的轉(zhuan)速與🥰管道平(píng)均💜流速成正(zhèng)比,葉輪轉動(dòng)後,周期性地(di)❓改變磁電轉(zhuan)換🙇🏻器的磁阻(zǔ)值,檢測線圈(quān)中的磁通随(suí)之産生周🈲期(qi)性變化🔞和周(zhou)期性的感應(ying)電勢,即電脈(mo)沖信号,經放(fang)大器放大後(hòu),送至顯示儀(yi)表顯示。
根據(jù)動量距定理(lǐ)可以列出葉(ye)輪的運動方(fāng)程
式中J一葉(yè)輪的慣性矩(ju);dω/dt一葉輪的旋(xuan)轉加速度;M1一(yī)流🎯體驅動力(lì)矩;M2一黏性阻(zu)力距;M3一軸承(cheng)摩擦阻力距(ju);M4一磁阻力距(ju)。
該文所基于(yú)的控制方程(cheng)爲黏性、不可(ke)壓的NavierStokes方程。湍(tuān)⚽流通過Realizablek-ε模型(xing)♍進行封閉。程(chéng)序求解框架(jia)爲基于結構(gou)網格的有限(xian)體積法求解(jiě)程序。連續性(xìng)條件通過壓(yā)力修正得到(dào)滿足。動量方(fang)程湍❗流方程(chéng)的對流項均(jun)采用二階迎(yíng)風格式離散(san),其他🔴空間導(dǎo)數❄️均爲二階(jie)精度的中心(xin)差分格式離(lí)散。
連續性方(fāng)程與動量方(fāng)程
式中μ一分(fèn)子黏性系數(shu),在引入湍流(liú)模型後,此參(can)數可用有效(xiào)黏性系數代(dai)替(μer=μt從,其中片(piàn)爲湍流黏性(xing)系🌈數)，
Realizablek-ε湍流模(mo)型爲目前工(gong)程上使用最(zuì)爲廣泛的湍(tuān)流模型之一(yī)。采用的各種(zhǒng)流動包括旋(xuan)轉均勻剪切(qie)流、包含有💁射(shè)流和混合流(liu)的自✔️由流動(dòng)管道内流動(dòng)邊界層流動(dong)和帶有分離(li)的流動等♻️。它(tā)是兩方程模(mó)型,需要求解(jiě)的變量爲湍(tuān)💔動能k與湍動(dòng)能耗散率ε,它(tā)們所滿足的(de)輸運方程爲(wèi)
這裏的Ωif是從(cóng)角速度爲ωk的(de)參考系中觀(guān)察.到的時均(jun1)轉動♻️速率張(zhang)量。
2仿真模型(xíng)
研究對象爲(wèi)氣體渦輪流(liu)量計。計算時(shí)在進出口加(jiā)了十倍直🈲徑(jìng)的直管段,目(mu)的是爲了使(shi)其流動充分(fen)發展。計算采(cai)用的邊界條(tiao)件:速度爲進(jìn)口,壓力爲出(chu)口,其他均爲(wei)壁面。并且采(cai)用了Fluent中的MRF模(mó)型,給定葉輪(lun)的旋轉角速(sù)度來進行計(jì)算。在幾何結(jie)構⛹🏻♀️複雜的部(bù)位采用非結(jié)構化網格并(bìng)進行了加密(mi),目的是爲了(le)🥵正确地顯示(shì)此處的流場(chang)信息。直管段(duan)部分采用了(le)💘結構化網👨❤️👨格(ge),目的是爲了(le)✌️減少網格的(de)數量,最後計(ji)算總網格達(dá)200萬之多🚶。
3仿真(zhen)結果及分析(xī)
該次數值模(mó)拟流量爲650,260,162.5,32m/h的(de)情況,以下選(xuǎn)取其中兩種(zhong)情況進行📱分(fen)析。如圖3和圖(tu)4所示,爲流量(liàng)650m³/h時的z平面上(shang)的壓力(Pa)和速(su)度🚶(m/s)分布圖。從(cóng)圖3可以明顯(xian)看出渦輪流(liu)量計的壓力(li)損失主要集(ji)中在前後導(dǎo)流器和葉輪(lun)部分，而在其(qi)他部位的壓(ya)力損❄️失很小(xiǎo);速度分布圖(tú)也很好地反(fan)映出渦輪流(liú)量計内部的(de)流動情況。從(cóng)流量.162.5m³/h時的壓(ya)力(Pa)和速度(m/s)分(fen)布圖,如圖5-6所(suǒ)示,可以得到(dào)🙇🏻相同的結論(lun),兩種流量下(xià),壓力和速度(dù)是相似的,但(dàn)大小有所不(bu)同。
爲了與渦(wō)輪流量計的(de)實驗壓損值(zhi)進行比較,按(àn)照實驗值的(de)✏️測量條件,對(duì)實驗值和計(jì)算值進行比(bi).較,見表🌍1所列(lie)和圖💃🏻7所示,在(zai)最🌈大流量點(diǎn)上,壓損計算(suàn)值與實驗值(zhi)之差小于4%。
4結(jie)束語
該文應(ying)用計算流體(tǐ)力學的方法(fa)研究了氣體(tǐ)渦輪流量計(jì)的内部流場(chang),得到了不同(tong)流量值下的(de)壓力損失🌈，并(bìng)與實驗結果(guǒ)進行比較,發(fa)現兩者吻合(he)很好。通過研(yan)⭕究知道😍,目前(qián)的計算方法(fa)是合理的,得(dé)到的結果是(shì)可靠的，通過(guo)改變結構參(can)數進行計算(suàn)可以優化氣(qi)體渦輪流量(liàng)計内部結構(gòu)。
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