摘要:爲(wèi)了深入研究(jiu)渦輪流量計(jì)
的工作原理(lǐ),以改善其精(jing)度通過計算(suàn)流體力學的(de)方🆚法🈲對100mm口徑(jing)💯的氣體渦輪(lún)流量計進行(háng)了數值模拟(ni),給出了氣體(tǐ)渦輪流量計(ji)的速度場壓(yā)力場速度矢(shǐ)量場及🙇♀️其壓(ya)損。研究了不(bú)同流量下的(de)壓損值,并通(tong)過實驗進行(hang)了比較，結果(guǒ)表明數值仿(pang)真與實驗結(jie)🔞果基本吻合(hé)。
0引言
渦輪流(liú)量計是一種(zhǒng)速度式流量(liàng)計,近年來,已(yi)在石油、化工(gōng)🌏科研國防、計(jì)量等部門獲(huo)得廣泛的應(yīng)用。渦輪流量(liàng)計具有精度(dù)高、重✨複性好(hao)、壓損小量程(cheng)比大等優點(diǎn),缺點是易受(shòu)流體物性.的(de)影響。
21世紀以(yǐ)來,由于計算(suàn)流體動力學(xué)的發展,許多(duō)專業人員🔞1-31嘗(cháng)試🧡進行與流(liú)量計的内部(bu)流動.相關情(qing)況的數值仿(pang)真研究,也有(you)一些專業人(ren)員對帶有旋(xuán)轉機械的流(liú)場進行數值(zhí)模拟,其中🏃🏻有(yǒu)幾位人員9.13)]開(kai)始對氣體渦(wo)輪流量計
的(de)内部流場進(jin)行數值模拟(ni),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(jì)進行數學建(jiàn)模并💜做數🍓值(zhi)模拟,将其結(jie)果與流量計(jì)的實際校正(zhèng)🈲曲線進♈行比(bi)較☀️。采用标準(zhǔn)k-ε湍流模型對(dui)切線型渦輪(lun)流量計進行(hang)了🧑🏽🤝🧑🏻數值仿真(zhen)⛷️。由于氣體渦(wo)輪流量計是(shi)一種精度🔴高(gāo)的流量儀表(biao),需要對内👨❤️👨部(bù)流場結構㊙️進(jin)行正确的描(miáo)述。采用精細(xì)的網格先進(jìn)的方法和合(he)理的湍流模(mó)型對氣體渦(wō)輪流量計的(de)🐪内部流場進(jìn)行數值模拟(nǐ),以便優化其(qi)内部結構。
1基(jī)本控制方程(cheng)
渦輪流量計(jì)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(zhuǎn)速與管道平(ping)均流速成正(zhèng)比,葉輪轉動(dòng)後,周期性地(dì)改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻(zu)值,檢測線圈(quan)中的磁通随(suí)之産生周期(qi)性變化和周(zhōu)期性的感應(ying)電勢,即電脈(mò)沖信号,經放(fang)💜大器放大後(hòu),送至顯示儀(yi)表顯示。
根據(ju)動量距定理(li)可以列出葉(yè)輪的運動方(fāng)程
式中J一葉(ye)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(zǔ)力距;M3一軸承(chéng)摩擦阻力距(jù);M4一磁阻🐇力距(jù)。
該文所基于(yú)的控制方程(chéng)爲黏性、不可(kě)壓的NavierStokes方程。湍(tuān)流通過Realizablek-ε模型(xíng)進行封閉。程(cheng)序求解框架(jia)爲基于結構(gou)網格⭕的有限(xiàn)體積法求解(jiě)程序。連續性(xìng)條件通過壓(ya)㊙️力修正得到(dào)滿足。動量⛷️方(fāng)程湍流方程(cheng)的對流項均(jun1)🐉采用二階迎(ying)風格式離散(san),其他✨空間導(dao)數💁均爲二階(jie)💰精度的中心(xīn)差分格式離(li)散。
連續性方(fang)程與動量方(fang)程
式中μ一分(fen)子黏性系數(shu),在引入湍流(liu)模型後,此參(cān)數可用有效(xiào)黏性系數代(dài)替(μer=μt從,其中片(pian)爲湍流黏性(xìng)系數)，
Realizablek-ε湍流模(mó)型爲目前工(gōng)程上使用最(zui)爲廣泛的湍(tuan)流模型之一(yi)。采💔用💘的各種(zhong)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(dong)管道内流動(dòng)邊界層流動(dòng)和帶有分離(li)的㊙️流動等🈲。它(ta)是兩✔️方程模(mó)型,需要求解(jiě)的變量爲湍(tuan)動能k與湍動(dòng)能耗散率ε,它(ta)們所滿足的(de)輸運方程爲(wei)
這裏的Ωif是從(cóng)角速度爲ωk的(de)參考系中觀(guan)察.到的時均(jun)轉動速率張(zhang)😍量。
2仿真模型(xing)
研究對象爲(wei)氣體渦輪流(liú)量計。計算時(shi)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(cǎi)用的邊👨❤️👨界條(tiáo)件:速度爲進(jin)口,壓力爲出(chū)口,其他均爲(wèi)壁面。并且采(cǎi)用了Fluent中的MRF模(mo)型,給定葉輪(lun)的旋轉角速(sù)度來進行計(ji)算。在幾何結(jié)構複雜的部(bù)位采用非結(jié)構化網格并(bing)進行了加密(mì),目的是爲了(le)正确地顯示(shi)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(da)200萬之多👉。
3仿真(zhēn)結果及分析(xī)
該次數值模(mo)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(liang)650m³/h時的z平面上(shàng)的壓力(Pa)和速(su)度(m/s)分布圖。從(cóng)圖3可以明顯(xiǎn)看出渦輪流(liu)量計的壓力(lì)損失主要集(jí)中在前後導(dǎo)流器和葉輪(lun)部分，而在其(qí)他部位的壓(yā)力損🌈失很小(xiao);速😄度分布圖(tu)也很好地反(fan)🔞映出渦輪流(liú)量計内部的(de)🔅流動情況。從(cong)♌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(dao)📞相同的結㊙️論(lùn),兩種流量下(xia)✊,壓力和速☀️度(du)是相似的,但(dàn)㊙️大小有所不(bú)同。
爲了與渦(wo)輪流量計的(de)實驗壓損值(zhi)進行比較,按(an)照🌈實驗值的(de)測量條件,對(dui)實驗值和計(ji)算值進行比(bǐ).較,見表1所列(liè)和圖7所示,在(zài)最大流量點(dian)上,壓損計算(suàn)值與實驗值(zhí)之差小于4%。
4結(jié)束語
該文應(yīng)用計算流體(tǐ)力學的方法(fǎ)研究了氣體(ti)渦輪流量計(ji)的内部流場(chǎng),得到了不同(tong)流量值下的(de)壓力損失，并(bing)與實驗結果(guo)進行比較,發(fā)現兩者吻合(hé)很好。通過研(yan)究知道,目前(qián)的😄計算方法(fǎ)是合理的,得(de)到的結果是(shi)可靠的，通過(guò)🙇♀️改變結構參(cān)數進行🚩計算(suan)可以優化氣(qì)體渦輪流量(liang)計内💁部結構(gòu)。
本文來源于(yu)網絡,如有侵(qīn)權聯系即删(shan)除！
