目前(qian),在各種(zhǒng)工業生(shēng)産中流(liu)量的測(ce)量非常(cháng)重要,因(yīn)此各種(zhǒng)各樣的(de) 流量計(ji) 層出不(bú)窮。壓差(chà)類的流(liu)量計由(you)于價格(gé)較低，使(shǐ)用的經(jing)驗豐富(fu),經💜過長(zhǎng)時間的(de)研究,精(jīng)度越來(lái)越高，所(suo)以應用(yòng)非常廣(guang)泛”。其中(zhōng)雙向内(nei)外管壓(ya)差流量(liang)計 具有(you)對流體(tǐ)的擾動(dòng)小和獲(huò)得壓差(cha)信号大(dà)的優點(dian)田,但需(xu)要對雙(shuāng)向内外(wài)管壓差(cha)流量計(ji)的結構(gou)參數進(jìn)行進YI 步(bu)的優化(huà)。影響雙(shuang)向内外(wai)管壓差(cha)流量計(ji)性能的(de)參♌數有(you)很㊙️多，以(yi)往的研(yán)究❄️大部(bu)分是對(dui)節流件(jiàn)的1個或(huò)2個結構(gòu)參數進(jìn)行同時(shí)優化,不(bú)夠全面(miàn)印,如♍果(guǒ)對3個及(jí)以上結(jie)構參數(shu)同時優(you)化，便需(xū)要進行(hang)大㊙️量的(de)仿真工(gōng)作，爲提(ti)高效率(lü)，對仿真(zhēn)軟件進(jìn)行二次(ci)開發。傳(chuan)統的仿(páng)真軟件(jiàn)FLUENT難以滿(mǎn)足需求(qiú)，而COMSOLMultiphys-ics仿真(zhēn)軟件可(ke)以導出(chū)M文件,在(zai)MATLAB中運行(hang)程序可(ke)以自動(dòng)仿真并(bìng)提取數(shù)據，二🏃次(ci)開發難(nan)度低甲(jiǎ)。如果COMSOL的(de)仿真效(xiao)果達到(dào)要求,那(nà)麽在雙(shuāng)向内外(wai)管壓差(cha)流量計(ji)的仿真(zhen)中,COMSOL仿真(zhen)軟件便(biàn)可取代(dai)FLUENT.
1流量計(ji)原理
　　雙(shuāng)向内外(wài)管壓差(cha)流量計(ji)的基本(ben)結構如(ru)圖1所示(shi)。安裝節(jiē)流件的(de)管道直(zhi)徑選爲(wei)32mm。雙向内(nei)外管壓(yā)差流量(liang)⛷️計節流(liu)件的長(zhǎng)度對流(liu)量計的(de)性能影(yǐng)響可忽(hu)略,爲了(le)方便🌈測(cè)量,将❌節(jiē)流件大(da)管長度(du)定爲🌈30mm,節(jiē)流件的(de)厚度定(ding)爲2mm。

　　根據(jù)連續方(fang)程和伯(bo)努利方(fāng)程5的原(yuán)理可知(zhī)，流體在(zài)🙇🏻通過節(jiē)流件時(shí),在I-I平面(mian)，外流道(dào)流體體(tǐ)積壓縮(suō),流速增(zeng)大🤞,流體(ti)🏒壓力減(jiǎn)小,而内(nèi)流道流(liú)體擴散(san),流速減(jian)小，流體(tǐ)壓力增(zeng)大;在II-II平(ping)面,内外(wài)流道比(bǐ)較🍓平穩(wen)，流速和(hé)壓力都(dou)趨✏️于穩(wen)定:在亞(ya)一I平面(miàn),與I-I平面(mian)情況相(xiàng)反，外流(liú)道擴散(sàn),流♉速減(jian)小，流體(tǐ)壓力增(zeng)大，而内(nèi)流道流(liu)體壓縮(suō),流速增(zēng)大，流體(ti)壓力減(jian)小。如此(cǐ)--來,在II-II段(duàn)節流件(jian)内外就(jiù)會形成(cheng)最大的(de)壓⚽差:
△P=P内(nei)一P外(1)
式(shì)中:△P爲内(nèi)外壓差(cha);P内爲内(nèi)測點的(de)水壓;P外(wài)爲外測(ce)點的水(shui)壓。
與傳(chuán)統壓差(cha)類流量(liàng)計的測(cè)量公式(shì)類似,流(liú)量Q的計(ji)🤞算公式(shì)爲:

　　式中(zhong):C爲流出(chu)系數;A爲(wei)流道截(jié)面積,m2;λ爲(wei)等效直(zhi)徑比;ρ爲(wèi)流體🏃🏻密(mi)度⚽,kg/m3。
　　影響(xiǎng)流量計(ji)測量JINGDU 的(de)主要因(yin)素是水(shui)頭損失(shī)。水頭損(sun)失包括(kuò)沿程水(shui)頭損失(shi)和局部(bu)水頭損(sun)失。局部(bù)水頭🍓損(sun)失是指(zhǐ)因局部(bù)邊界急(ji)劇改變(biàn)導緻水(shui)流結構(gòu)改變、流(liú)速🔞分布(bu)改變并(bing)産🔆生旋(xuán)渦區而(er)引🔞起的(de)水頭損(sǔn)失。沿程(chéng)水頭損(sun)失是♋指(zhi)在固體(ti)⭕邊界平(píng)直的水(shui)道中，單(dān)位質量(liang)的液體(tǐ)自一斷(duàn)面流至(zhi)另一斷(duàn)面所損(sun)失📧的機(ji)械能，這(zhe)⛷️種👉水頭(tóu)損失是(shi)沿程都(dou)有,并且(qiě)随沿程(chéng)長度而(ér)增加。影(yǐng)響局部(bù)水頭損(sun)失的因(yin)素主要(yào)是節流(liú)件異徑(jìng)比h、節流(liu)件的大(dà)管半徑(jìng)R,影響沿(yan)程水頭(tóu)損失的(de)因素主(zhu)要是擴(kuò)散角θ。
2二(èr)次回歸(gui)正交試(shi)驗設計(ji).
　　回歸正(zheng)交試驗(yan)是在因(yīn)素的合(he)理變化(huà)範圍内(nèi)選取☂️有(you)限個🥵試(shì)驗💋點安(an)排模拟(nǐ)計算統(tǒng)計,根據(ju)有限個(ge)試🈲驗點(dian)☀️建立具(jù)有一定(ding)✌️可信度(dù)的回歸(gui)方程，當(dang)各個結(jié)構參數(shu)确定之(zhī)💰後，可利(li)用回歸(guī)方程進(jìn)行估算(suan)見,。選擇(zé)優化的(de)主要參(can)數是異(yì)徑比k、擴(kuo)散角θ和(he)節流件(jiàn)的大管(guǎn)半徑R.采(cǎi)用二次(cì)正交回(hui)歸組合(he)設計的(de)試驗方(fang)👅法，首先(xian)設定✨3個(ge)控制參(can)數的變(biàn)化範圍(wéi):異徑比(bi)k爲0.5~0.9;擴🌂散(san)角θ爲4°~10°;節(jiē)流件的(de)大管半(bàn)徑R爲5~9mm。依(yī)據二次(cì)回歸正(zhèng)交試👨‍❤️‍👨驗(yan)的設計(ji)原則，可(kě)以得到(dao)各組試(shì)驗🌈的✨結(jié)構參數(shù)見表1。

3COMSOL與(yǔ)FLUENT仿真對(dui)比
　　利用(yong)SolidWorks建立三(san)維模型(xíng),導入仿(pang)真軟件(jiàn)進行網(wang)格劃分(fen)📐。按照🐅網(wǎng)格劃分(fen)的原則(zé),參數變(biàn)量變化(hua)梯度大(da)的區🔞域(yu)需⭐要采(cai)用較爲(wèi)密集的(de)網格劃(huà)分方法(fa)以提高(gāo)精🔱度,變(bian)化梯度(dù)小的區(qu)域采用(yòng)較爲稀(xī)疏💚的網(wang)格劃分(fèn)方法以(yǐ)節省計(ji)算資源(yuan)。節流件(jiàn)前後的(de)流場劃(huà)分的㊙️網(wang)格稀疏(shu),節流件(jiàn)周圍的(de)流場劃(hua)分的網(wang)格密集(jí)回。FLUENT仿真(zhēn)軟件劃(hua)分的網(wang)格爲非(fei)結構四(sì)面體，将(jiang)整⁉️個流(liú)場進行(háng)網格劃(huà)分後,網(wǎng)格數量(liàng)在30000左右(you),如圖2所(suo)示。COMSOL仿真(zhēn)軟件劃(hua)分的網(wang)格♍在靠(kao)近邊界(jie)的流場(chǎng)爲六面(miàn)體,其他(tā)區域的(de)網格爲(wèi)非結構(gou)四面體(ti),将整個(ge)流場進(jin)行網格(gé)劃分後(hòu)，網格數(shù)量在100000左(zuo)右，如圖(tú)3所示。兩(liang)種軟件(jian)的網格(gé)劃分方(fāng)法相比(bi)較🏃🏻‍♂️,COMSOL對流(liu)場的網(wang)格劃分(fen)更⁉️加正(zhèng)☀️确。

　　雙向(xiang)内外管(guǎn)壓差流(liú)量計的(de)節流件(jiàn)采用對(duì)稱結構(gou),流場雖(sui)🏃然被分(fèn)爲内外(wài)兩個部(bù)分，但在(zai)節流件(jian)中部有(you)一-段穩(wěn)定流态(tai)的直管(guǎn)段,當流(liu)體流過(guo)節流件(jiàn)後，内外(wai)兩❌流道(dao)又合并(bing)爲一個(gè)流道,其(qí)中流體(tǐ)的流.速(su)和壓力(lì)逐漸穩(wěn)定，在☁️流(liú)場中并(bìng)沒有過(guo)大的壓(yā)力梯度(dù),所以湍(tuān)流🚩模型(xing)選擇K-ε模(mó)型。标準(zhun)的K-ε模📞型(xíng)現已經(jing)過❤️許多(duo)改進,其(qí)中RNGk-ε模型(xing)來源于(yu)嚴格的(de)統計技(ji)術💜,提高(gao)了精度(dù)和可信(xin)度,在FLU-ENT仿(páng)真📱中可(kě)以選🌏擇(zé)RNGK-ε模型[10),但(dàn)是在COMSOL仿(páng)真中隻(zhi)能籠統(tǒng)地✏️選擇(zé)K-ε模型。
　　仿(páng)真介質(zhì)選擇液(ye)态水，溫(wēn)度20C,爲不(bu)可壓縮(suo)流體，出(chu)口條件(jian)爲outflow,試驗(yàn)均在入(ru)口流速(su)2m/s.的條件(jiàn)下進行(háng)仿真。在(zài)求解🙇🏻器(qi)的設置(zhi)‼️方面,兩(liang)種軟件(jian)均選擇(ze)“叠代或(huò)容差”的(de)終止條(tiao)件。
　　由于(yú)FLUENT與COMSOL軟件(jiàn)中均可(ke)設置對(duì)稱面，因(yin)此在構(gou)建三維(wei)🔞模型時(shí)可✊以僅(jǐn)構建半(bàn)個流場(chǎng)區域,以(yǐ)方便觀(guān)察截面(mian).上的壓(yā)力分🔴布(bù)。在仿真(zhēn)的後處(chù)理中,壓(ya)力測量(liang)點需要(yao)設置在(zài)流場穩(wěn)定的區(qu)域🏃🏻‍♂️，故計(jì)算🏃🏻‍♂️壓損(sun)的前後(hòu)壓力測(ce)量點設(she)置在節(jie)流件的(de)前後1個(gè)管徑距(ju)離的✨位(wèi)置,計算(suàn)壓差信(xin)号的兩(liang)個壓力(lì)測量點(diǎn)設置在(zai)節🏃🏻‍♂️流件(jiàn)中心和(he)外🔞流道(dao)中心0。
4仿(pang)真結果(guo)和數據(jù)分析
　　對(dui)于雙向(xiàng)内外管(guǎn)壓差流(liu)量計而(ér)言,内外(wài)壓差信(xìn)号🈲大的(de)♻️條件🔞下(xià),壓損越(yuè)小越好(hao),故選取(qu)内外壓(yā)差信号(hao)與壓損(sun)的差值(zhi)，即壓損(sun)差🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,作爲(wei)雙向内(nei)外管壓(yā)差流量(liang)計的評(píng)價指🥰标(biāo)。按照前(qián)文設置(zhi)的結構(gou)參數建(jian)立15組三(san)維模型(xing),分别利(li)用FLUENT與COMSOL進(jìn)行仿真(zhēn),根據仿(páng)真結果(guǒ)👈,記錄内(nèi)外壓差(cha)信号,将(jiāng)COMSOL和FLUENT仿真(zhēn)數據的(de)🌈差的絕(jue)對值與(yu)FLUENT數據的(de)比值定(dìng)義爲誤(wu)差比⚽，内(nei)外壓差(cha)信号數(shù)據對比(bǐ)見表🔞2,用(yong)同樣的(de)方法記(jì)錄兩種(zhong)軟件仿(pang)真結果(guǒ)🔞的🈲前後(hou)壓損和(he)壓損差(cha),并計算(suan)出誤差(chà)比,數據(ju)對比☔見(jiàn)表3、表4。繪(hui)制的誤(wu)差比折(she)線圖如(ru)圖4所示(shi)。




　　通過觀(guan)察表中(zhong)數據可(kě)得到規(guī)律:COMSOL仿真(zhēn)數據與(yu)FLUENT仿真數(shù)據的誤(wù)差随着(zhe)FLUENT仿真數(shu)據的增(zēng)大而增(zēng)大。同時(shí)對比折(she)線圖⚽可(ke)發現各(ge)👉組數據(jù)的誤差(chà)比均維(wéi)持在較(jiào)低且穩(wen)定的水(shuǐ)平。這樣(yàng)的誤差(chà)比對于(yú)後續拟(nǐ)合二次(ci)回歸方(fāng)程以及(ji)計算方(fāng)程的最(zuì)優解影(yǐng)💔響很小(xiǎo)。
　　分别導(dao)出一組(zu)試驗的(de)仿真壓(yā)力雲圖(tu)進行對(duì)比，如圖(tú)5、圖✊6所示(shi)。由圖可(ke)知，壓力(lì)分布基(ji)本相同(tong)，COMSOL的壓力(lì)雲圖更(geng)加立🚶體(ti)直觀，視(shi)覺效果(guo)比FLUENT更好(hao)。


5結束語(yu)
　　以雙向(xiang)内外管(guan)壓差流(liu)量計節(jiē)流件的(de)異徑.比(bǐ)h:擴散角(jiǎo)θ和節流(liu)件的大(da)管半徑(jìng)R3個結構(gou)參.數爲(wei)優化目(mu)标，設計(jì)了二次(cì)回🐅歸正(zhèng)交試驗(yan)，分别用(yong)FLUENT和COMSOL進行(hang)仿真、記(jì)錄數據(ju)。通過COMSOL仿(pang)真所得(de)的數據(ju)與通過(guò)FLUENT仿真所(suo)得的數(shù)據相比(bǐ),雖然有(yǒu)浮👈動,但(dàn)是誤差(chà)比卻維(wéi)持在一(yi)個較低(di)且穩定(ding)㊙️的水平(ping),因此，使(shǐ)用COMSOL代替(tì)FLUENT進行雙(shuang)向内外(wai)🚩管壓差(chà)流量計(ji)的仿真(zhen)。COMSOL的仿真(zhen)過程可(ke)保存爲(wèi)M文件,方(fang)便利用(yòng)MATLAB對COMSOL進行(hang)二次開(kai)發，對雙(shuang)向内外(wai)管壓差(cha)流量計(jì)更多結(jie)構參數(shù)進一步(bù)優化。

以(yi)上内容(rong)源于網(wang)絡，如有(you)侵權聯(lián)系即删(shan)除!