摘要:爲了(le)深入研究(jiu)渦輪流量(liang)計 的工作(zuò)原理,以改(gai)善其精度(du)通過計算(suan)流體力學(xué)的方🏃🏻‍♂️法對(duì)100mm口徑的氣(qì)體渦輪流(liú)量計進行(háng)了數值模(mó)拟,給出💋了(le)氣☂️體渦輪(lun)流量計⛷️的(de)速度場壓(ya)力場速度(dù)矢量場及(ji)其壓損。研(yán)究了👄不同(tóng)流量下的(de)壓損值,并(bìng)通過實驗(yàn)進行了比(bi)較，結果表(biao)明📐數值仿(páng)真與實驗(yàn)結❌果基本(běn)吻合。
0引言(yán)
　　渦輪流量(liàng)計是一種(zhong)速度式流(liú)量計,近年(nián)來,已在石(shí)油⛱️、化工科(ke)研🏃🏻‍♂️國防、計(ji)量等部門(mén)獲得廣泛(fàn)的應用。渦(wo)輪流量計(jì)具有⁉️精度(du)高、重複性(xing)好、壓損小(xiǎo)量程比大(dà)📞等優點,缺(que)點是📐易受(shou)流體物性(xing)😘.的影響。
　　21世(shi)紀以來,由(you)于計算流(liu)體動力學(xué)的發展,許(xu)多專業人(ren)員1-31嘗試進(jìn)行與流量(liàng)計的内部(bu)流動.相關(guān)情況的數(shu)值仿真研(yán)究,也有一(yi)些專業人(rén)員對帶有(you)旋轉機💁械(xie)的流📞場進(jìn)行數值模(mó)拟,其中有(yǒu)幾位人員(yuan)9.13)]開始對氣(qì)體渦輪流(liú)量計 的内(nèi)部流場進(jìn)行數值模(mo)拟,以便優(yōu)化氣體渦(wō)輪流量計(ji)的内部結(jié)構。對用于(yú)天然氣計(jì)量的渦輪(lún)流量計進(jìn)行數學建(jiàn)模并做數(shu)值模拟,将(jiāng)其結果與(yǔ)流量計的(de)實🈲際校正(zheng)曲線進行(hang)比較。采用(yong)标準k-ε湍流(liu)模型對切(qie)線型渦輪(lún)流量計進(jin)行了數值(zhí)仿真。由于(yu)氣體🙇🏻渦輪(lun)流量計是(shi)一種精度(dù)高的流量(liang)儀表,需要(yao)對内部流(liú)場結構❤️進(jìn)行正确的(de)描述。采用(yòng)精細的網(wang)格先進的(de)方法和合(hé)理的湍流(liú)⭕模型對氣(qi)體渦輪流(liu)量計的内(nei)部流場進(jin)行數值模(mó)拟,以便優(yōu)化其内部(bù)結構。
1基本(běn)控制方程(cheng)
　　渦輪流量(liang)計的工作(zuò)原理:當流(liu)體流過渦(wo)輪流量計(jì)時,在流體(ti)的作用下(xia)，葉輪受力(lì)産生旋轉(zhuǎn)。葉輪的轉(zhuan)速與管道(dao)平均流速(su)成正比,葉(ye)輪轉動後(hou),周期性地(dì)🐉改變磁電(dian)轉換器的(de)磁阻值,檢(jian)測線圈中(zhong)的磁通随(suí)之産生周(zhōu)期性變化(hua)和周期性(xing)的感應電(diàn)勢,即電脈(mò)沖信号,經(jing)放大器放(fàng)大後,送至(zhì)顯示儀表(biǎo)顯示。
根據(ju)動量距定(dìng)理可以列(liè)出葉輪的(de)運動方程(cheng)
 
　　式中J一葉(ye)輪的慣性(xìng)矩;dω/dt一葉輪(lun)的旋轉加(jiā)速度;M1一流(liú)體驅動力(li)矩;M2一黏性(xìng)阻力距;M3一(yī)軸承摩擦(cā)阻力距;M4一(yī)♻️磁阻力距(jù)。
該文所基(ji)于的控制(zhi)方程爲黏(nian)性、不可壓(yā)的NavierStokes方程。湍(tuan)流通過Realizablek-ε模(mo)型進行封(feng)閉。程序求(qiú)解框架爲(wèi)基于結構(gou)網格的有(yǒu)限體積法(fa)求解程序(xu)。連續性條(tiáo)件通過壓(ya)力修正得(de)到滿足。動(dòng)量方程湍(tuān)🔴流方程的(de)對流項均(jun1)采用二階(jiē)迎風格式(shì)離散,其他(ta)空間導數(shu)均爲二階(jiē)🎯精度的中(zhōng)心差分格(ge)式離散。
連(lián)續性方程(cheng)與動量方(fang)程

　　式中μ一(yi)分子黏性(xìng)系數,在引(yǐn)入湍流模(mó)型後,此參(can)數可用🔱有(you)效黏性系(xì)數代替(μer=μt從(cong),其中片爲(wèi)湍流黏性(xing)系數)，
　　Realizablek-ε湍流(liu)模型爲目(mu)前工程上(shàng)使用最爲(wèi)廣泛的湍(tuān)流模型之(zhī)一。采用的(de)各種流動(dòng)包括旋轉(zhuan)均勻剪切(qie)流、包含有(you)射流和混(hun)合流的自(zì)由流動管(guan)道内流動(dong)邊界層流(liu)動和帶有(you)分離的流(liú)動等。它是(shì)兩方程模(mó)型,需🍉要求(qiu)解的變量(liang)爲湍動能(néng)k與湍動能(néng)耗散率ε,它(ta)們所👌滿足(zu)的輸運🌈方(fāng)程爲
 
　　這裏(lǐ)的Ωif是從角(jiao)速度爲ωk的(de)參考系中(zhong)觀察.到的(de)時均轉動(dòng)速率張量(liàng)。
2仿真模型(xíng)
　　研究對象(xiàng)爲氣體渦(wo)輪流量計(jì)。計算時在(zài)進出口加(jiā)了十倍直(zhí)徑的直管(guǎn)段,目的是(shì)爲了使其(qí)流動充分(fen)發展。計算(suan)采用的邊(biān)界條件:速(su)度爲進口(kǒu),壓力爲出(chu)口,其他均(jun)爲壁面。并(bìng)且采用了(le)📧Fluent中的MRF模型(xíng),給定葉輪(lun)🤞的旋轉角(jiǎo)速度來進(jìn)行計算。在(zai)幾何結構(gòu)♍複雜的部(bu)‼️位采用非(fēi)結構化網(wang)格并進行(hang)了加密,目(mu)的是爲了(le)正确地顯(xian)示此處的(de)流場信息(xī)。直管段部(bu)分采用了(le)結構化網(wang)格,目的是(shi)爲了減少(shǎo)網格的數(shu)量,最後計(ji)算總網格(gé)達200萬之多(duo)。
3仿真結果(guo)及分析
　　該(gai)次數值模(mo)拟流量爲(wèi)650,260,162.5,32m/h的情況,以(yi)下選取其(qi)中兩種情(qíng)況進💛行分(fen)析。如圖3和(hé)圖4所示,爲(wèi)流量650m³/h時的(de)z平面上的(de)壓力(Pa)和🌈速(sù)度(m/s)分布圖(tú)。從圖3可以(yi)明顯看出(chū)渦輪流量(liàng)計的💋壓力(li)損失主要(yao)集中在前(qian)後導流器(qì)和葉輪部(bù)分，而在其(qí)他部位的(de)壓力損失(shi)很小;速度(dù)分布圖☁️也(ye)很好地反(fǎn)映出渦輪(lun)流量計内(nei)部的流動(dong)情況。從👌流(liu)量.162.5m³/h時的壓(ya)力(Pa)和速度(dù)(m/s)分布圖,如(rú)圖5-6所示,可(kě)以得到相(xiàng)同的結論(lun),兩種🔞流量(liang)下㊙️,壓力和(hé)速度是相(xiàng)似的,但大(da)小有所不(bú)同。
 
　　爲了與(yǔ)渦輪流量(liàng)計的實驗(yàn)壓損值進(jìn)行比較,按(àn)照✏️實驗值(zhi)的測🔆量條(tiáo)件,對實驗(yan)值和計算(suàn)值進行比(bi).較,見表🥵1所(suo)列和圖7所(suo)示💚,在最大(dà)流量點上(shang),壓損計算(suan)值與實驗(yan)值之差♋小(xiǎo)于4%。
 
4結束語(yǔ)
　　該文應用(yong)計算流體(tǐ)力學的方(fāng)法研究了(le)氣體渦輪(lun)💃🏻流量計的(de)内部流場(chang),得到了不(bu)同流量值(zhi)下的壓力(lì)損失，并與(yu)實驗結果(guo)進行比較(jiào),發現兩者(zhě)吻合很好(hao)。通過研究(jiu)知道,目前(qian)的計算方(fāng)法是合理(lǐ)的,得到的(de)結果是可(kě)靠的，通過(guò)改變結構(gòu)參數進行(hang)計算可以(yi)優化氣體(tǐ)渦輪流量(liang)計内部結(jie)構。

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