摘要:通過(guo)CFD流體軟件對内(nèi)錐流量計 壓力(li)損失進行了數(shu)值模拟,實驗介(jiè)質爲汽油與柴(chái)油的🔱混合物。内(nei)錐流量計和 孔(kong)闆流量計 經常(chang)使用于流體計(jì)量,在保證兩種(zhong)流量計流通面(mian)💜積❌相等😄的♻️條件(jiàn)下,對它們的壓(yā)力損失進行了(le)比較。結果表明(míng),内錐流量計的(de)壓力損失僅爲(wèi)孔闆流量💘計壓(yā)力損失的💜30%左右(yòu),将内錐流量計(jì)應用于流體計(jì)量,可以起到節(jiē)能降耗的作用(yong)。
0引言
　　在許多情(qing)況下,由壓力損(sun)失所引起的額(e)外的耗能📱費用(yòng)是選❄️用🏃‍♂️流量計(jì)時必須要考慮(lǜ)的一個重要因(yin)素。流量儀表的(de)♻️壓力💯損失小已(yǐ)經是選擇流量(liang)計的🍉一項重要(yao)指标。由于内✔️錐(zhui)流量計和孔闆(pǎn)流量計使用的(de)條件🐕相似,并且(qiě)⭕使用廣泛,因此(ci)有必要對這兩(liang)種流量計進行(hang)壓力損失比較(jiào),以便選出更合(hé)适的✨測量儀表(biao)。雖然人們對内(nei)錐流🔞量計和孔(kǒng)闆流量計的壓(ya)力損失進行過(guo)比較,但目前文(wen)🔞獻[1-2]中所作的比(bi)較存在兩個問(wèn)題。第一,文獻中(zhōng)多是通過比較(jiao)兩種流量計的(de)壓力損失計算(suan)公式來對兩種(zhǒng)儀表進行比較(jiào)。
　　對于孔闆流量(liàng)計,它的曆史較(jiào)長,有統一的國(guo)際标準,可以直(zhí)接👅算出壓力損(sun)失。對于内錐流(liú)量計,它的曆史(shǐ)相對較短,沒有(you)統一的國際标(biāo)準,給出的一些(xiē)計算公式也不(bu)太成熟,通常計(ji)算值與真實值(zhí)之間存在較大(da)的誤差。例如,内(nei)錐流量計的生(shēng)産廠家即🌈使是(shì)按照行♻️業規範(fan)生産的同一型(xing)号🈲的内錐流量(liang)計,其給出的♻️計(jì)算内錐流量計(jì)的壓力損失系(xi)數也是各不相(xiàng)同的,這就給用(yong)公式計算🧡壓力(li)損失帶來了誤(wù)差。第二,對兩種(zhǒng)流量計壓力損(sun)失比較時,并沒(mei)有規定兩🔴種流(liú)量計的有效流(liu)通面積相同,所(suo)得到的結果缺(que)乏說服力。基于(yu)以上兩個原因(yīn),本文用CFD數值模(mó)拟的方法,計算(suan)出内錐流量計(jì)的壓力損失,并(bìng)在保證有效流(liú)通面積的條件(jian)下對兩種流量(liang)計的壓力損失(shi)⭐進行了比較,并(bing)且對兩♉種流量(liàng)計進行了經濟(ji)技術分析🤟,對選(xuǎn)用流量計及計(ji)算内錐流量計(jì)的能耗都有很(hěn)好的參考價值(zhi)。
1模型建立
1.1幾何(he)模型和湍流模(mó)型的建立
　　建立(lì)長L=14m,内徑D=0.2m的管道(dào)模型,模拟了前(qián)錐角爲45°,後錐角(jiǎo)爲120°的V錐體壓力(li)分布情況。
　　由于(yu)内錐體爲旋轉(zhuan)體,具有軸對稱(chēng)特性,在進行數(shù)值模拟實驗✌️時(shi),所建立的模型(xing)爲二維結構,并(bìng)進行了簡化處(chù)理(計算域選取(qǔ)一半),如圖1所示(shì)。

　　在網格的(de)剖分方面,采用(yòng)了結構化網格(gé)[3-4],如大比率㊙️四邊(biān)形網🐅格計算長(zhǎng)管形狀流場,網(wǎng)格數量明顯減(jiǎn)少,在❓靠近錐體(ti)部分🔱的網格進(jìn)行加密設置,越(yue)靠近管道兩端(duān),網格越稀疏。這(zhè)樣做的目的是(shi)爲了保持網格(ge)的光滑度,從而(ér)加速叠代收斂(lian)速度,避免因臨(lín)近單元體積‼️或(huo)面積的快🔞速變(biàn)化而導緻大的(de)截斷誤差,節省(shěng)計算🍉時間。另外(wai),在相同網格數(shu)量下,爲更好保(bǎo)證計算精度,對(duì)流場影響最重(zhong)🚶要的部分進行(hang)了更精密的網(wǎng)格剖✂️分。圖1即是(shì)采用此方法進(jin)行的網格剖分(fèn)。
　　利用RNGκ-ε[5]模型進行(hang)計算,經物理實(shí)驗驗證顯示出(chu)了較好的預測(ce)☔性。另外,在近壁(bi)面區域采用标(biāo)準壁面函數法(fǎ)進行處理💋。利用(yòng)㊙️有限♍體積法實(shi)現控制方程的(de)離散化,在求解(jie)離散方程過程(chéng)中,采用以壓力(li)爲基本求解變(biàn)量的求解方法(fa),即SIMPLE算法進行求(qiú)🍓解。差分格式采(cǎi)用二階迎風格(ge)式。
1.2邊界條件和(hé)工作流體物性(xing)
　　邊界條件包括(kuo)壁面、對稱軸、速(sù)度入口和壓力(li)出口。流體從速(sù)度入口進入,流(liú)經節流裝置,最(zuì)後由壓力♈出口(kou)流出。
　　内錐流量(liàng)計的數值模拟(nǐ)實驗介質爲柴(chái)油與汽油的🥵混(hùn)合物,其物理性(xìng)質見表1所示。

2内(nèi)錐流量計的壓(yā)力損失模拟實(shí)驗
　　傳統測量孔(kong)闆流量計壓力(lì)損失的方法[6]如(rú)圖2所示💚,分别測(ce)出、兩點之間的(de)靜壓力,所得差(cha)值即爲孔闆壓(yā)力損失。爲了使(shǐ)模拟的壓力是(shì)不可恢複性壓(yā)力,P1、P2兩點之間的(de)距離應盡量遠(yuǎn),在💞本模拟實驗(yàn)中管道直徑D=0.2m,P1、P2兩(liǎng)點之間的距離(li)取50D,即兩個測壓(yā)點相距10m遠,模🧑🏽‍🤝‍🧑🏻拟(ni)結果如表2所示(shì)。


3内錐流量(liàng)計與孔闆流量(liang)計壓力損失比(bi)較
　　對于孔闆流(liu)量計的壓力損(sun)失,用(ISO5167-2:2003)給出的計(ji)算公式進♋行計(jì)算,計算結果與(yǔ)内錐流量計壓(ya)力損失的模🔞拟(nǐ)實驗結👉果進行(hang)比較。爲了更好(hao)地對内錐流量(liàng)計的壓力損失(shi)與孔闆的壓力(li)損失進行比較(jiao),選擇了🤞有效流(liu)通面積相同的(de)内錐流⛱️量計和(he)孔🐆闆流量計🐕進(jin)行比較,這樣的(de)比較才有意義(yì)[7]。
　　内錐流量計錐(zhuī)體最大截面圓(yuán)的直徑是dv=0.152m,流量(liàng)計的直徑D=0.2m,管道(dao)🥰截面面積Sc=0.031m2,有效(xiao)流通面積爲Sv=0.013m2。将(jiang)内錐流量計的(de)🔴有效🌂流通面積(jī)轉換爲孔的面(mian)積,則對應的有(yǒu)效孔徑βv比爲

　　取(qǔ)孔闆流量計與(yǔ)内錐流量計有(yǒu)效孔徑比最接(jie)近🚩的值⚽βo=0.65。根據Reader-Harris[8]給(gěi)出的流出系數(shù)的計算公式,求(qiu)得平均流出系(xi)數C=0.61。在2003年實施的(de)孔闆流量計的(de)國際标準(ISO5167-2:2003)中🐪,壓(ya)力損失系數的(de)計算公式爲

将(jiang)βo=0.65,C=0.61代人式(2),可以得(de)到K=13.37
計算壓力損(sǔn)失Δpo的公式爲

将(jiāng)流體密度ρ=836.4kg/m3與K=13.37代(dai)人式(3)可以得到(dào)

圖3反映了由式(shi)(4)計算出的在不(bú)同流速下孔闆(pǎn)流量計的壓力(li)損✌️失曲線和内(nei)錐流量計壓力(lì)損失的實驗結(jié)果。

　　從圖(tu)3可以看出,在流(liu)通面積一定的(de)情況下,孔闆的(de)壓力損失要大(dà)于内錐流量計(ji),并且随着流速(sù)的增加而⛹🏻‍♀️增加(jia)📞。表3列出了♍在不(bú)同流速下,孔闆(pan)流量計與内錐(zhui)流🏃‍♂️量計的🐪壓力(lì)損失,其中㊙️n爲孔(kǒng)闆流量計與内(nei)錐流量計壓力(lì)損失🍓的比值。

4内(nei)錐流量計與孔(kǒng)闆流量計能耗(hao)的比較
4.1計算動(dòng)力與能量消耗(hào)和年耗能費
對(duì)于液體,可采用(yong)以下的計算公(gong)式[9]
P′=Δp·v·S/η
式中P′———所需要(yao)的功率,kW;
Δp———壓損損(sǔn)失,kPa;
v———工況下的流(liú)體的速度,m/s;
S———管道(dào)的橫截面積,m2。
計(ji)算年耗能費
Co=P′。t·X
式(shì)中Co———年耗能費,元(yuán);
t———運行時間,h;
X———電價(jia),元/kW。h。
　　由于孔闆前(qián)後都有大旋渦(wo),在大幅值脈動(dong)壓力的背景噪(zào)聲條件下,隻能(neng)通過縮小孔徑(jing),提高差壓上🔱限(xian)值來實現有🔞效(xiao)的😘流量測量。因(yin)此孔闆的壓力(lì)損🛀失必然⛷️增大(da)。
　　由于内錐流量(liàng)計測量壓差的(de)背景噪聲小,可(kě)以檢測🔴出較小(xiao)的壓差,因此内(nei)錐流量計的壓(yā)損必然比孔闆(pan)的壓損小,年耗(hao)能費也小。
4.2舉例(li)分析
　　提到的内(nèi)錐流量計與孔(kong)闆流量計爲例(li)，工業電價爲1元(yuan)/kW·h,做🥵出它們的年(nian)耗能費比較圖(tu),如圖4所示。

　　從圖中可(ke)以得到,随着流(liu)速的增加内錐(zhui)與孔闆流量計(jì)年耗能費也逐(zhú)漸增大,而孔闆(pan)流量計的年耗(hao)能費要大于内(nèi)錐流🐪量計的年(nián)耗能費。這是因(yīn)爲内💜錐流量計(jì)的壓力損失比(bi)孔闆的壓力🈲損(sǔn)失小得多,年耗(hao)能費✌️用可大大(da)✨減少。流量計口(kǒu)徑越大,流速越(yue)大,則内錐流量(liàng)計節能效果越(yue)顯著,投♌資回收(shōu)期也✔️就越短。
　　圖(tú)5表示的是内錐(zhui)流量計相對比(bi)孔闆流量計可(kě)以節約的年耗(hao)能費用,随着流(liú)速的增大,節約(yuē)的費用也就越(yuè)多。
以流速v=5m/s爲例(li),内錐流量計的(de)年節約耗能爲(wei)17411.9元,節能效果🐪是(shi)非常🆚可觀的。

5結(jié)論
　　通過CFD數值模(mó)拟的方法,模拟(nǐ)了成品油管道(dao)中内錐😄流量📱計(jì)的壓力損失,同(tong)時與孔闆流量(liang)計比較,得到了(le)如下結論:
(1)内錐(zhuī)流量計的壓力(lì)損失比孔闆流(liú)量計小,如果保(bao)證兩種流量計(ji)的有效流通面(mian)積相同,那麽内(nèi)錐流量計的壓(yā)☀️力損失是孔闆(pan)流量計的三分(fen)之一還要小一(yi)些。
(2)通過技術經(jing)濟分析可以明(míng)顯地看出:内錐(zhui)流量計相比😘與(yu)孔❌闆流量計,可(ke)以節約很多的(de)能耗,符合國家(jia)的節能減排長(zhǎng)期發展方針政(zheng)策。

以上内容來(lai)源于網絡，如有(yǒu)侵權請聯系即(ji)删除!