摘要(yào):爲了深入研究渦(wō)輪流量計
的工作(zuo)原理,以改善其精(jing)度通過計算流體(tǐ)力學的方法對100mm口(kou)徑😘的氣體渦輪流(liu)量計進行了數值(zhí)模拟💃🏻,給出了氣🐉體(ti)渦輪流🔞量計的速(sù)度場壓力場速度(dù)矢量場及其壓損(sun)。研究了不同流量(liàng)下的壓損值,并通(tong)過實驗進行了比(bǐ)較☎️，結果表明😘數值(zhi)仿真與實驗結果(guo)基本吻合。
0引言
渦(wō)輪流量計是一種(zhong)速度式流量計,近(jìn)年來,已在石油、化(hua)工♉科研國防、計量(liang)等部門獲得廣泛(fan)的應用。渦輪流量(liang)計🔞具有精度高、重(zhong)複性好、壓損小量(liang)程比大等優點,缺(que)點是♍易受流體物(wu)性.的影響。
21世紀以(yi)來,由于計算流體(tǐ)動力學的發展,許(xǔ)多專業人員1-31嘗試(shi)進行與流量計的(de)内部流動.相關情(qing)況的數值仿真❓研(yan)究,也有🧑🏾🤝🧑🏼一些專業(yè)人員對帶有旋轉(zhuǎn)機械的流場進行(háng)數值模⁉️拟,其中有(yǒu)幾位🔞人員9.13)]開始對(duì)氣體渦輪流量計(jì)
的内部流場進行(hang)數值模拟,以便優(yōu)化氣體渦輪流量(liang)計的内部結構。對(duì)用于天然氣計量(liang)的渦輪流量計進(jìn)☎️行數🌈學建模并做(zuo)數值模拟,将其結(jie)果與流量計的實(shi)際校正曲線進行(hang)比較。采用标準k-ε湍(tuān)流模型對切線型(xíng)渦輪流量計進行(háng)了數值仿真🙇🏻。由于(yu)氣體🤟渦輪流量計(ji)是一種精度📧高的(de)流量儀表,需要對(dui)内部流場結構🍓進(jìn)行正确的描述。采(cǎi)用精細的網格先(xian)進的方法和合理(lǐ)♍的湍流模型對氣(qì)體渦輪流量計的(de)内部流場進行數(shu)值模拟,以便優化(huà)其🔞内部結構📧。
1基本(běn)控制方程
渦輪流(liu)量計的工作原理(lǐ):當流體流過渦輪(lún)流量計時,在流體(tǐ)👉的作用下，葉輪受(shòu)力産生旋轉。葉輪(lún)的轉速與管道平(píng)均流速成正比,葉(yè)輪轉動後,周期性(xìng)地改變磁電轉換(huàn)器的磁阻值,檢測(ce)線圈中的磁通随(sui)之産生周期性變(bian)化和周期性的感(gǎn)應電勢,即電脈沖(chòng)信号,經放大器放(fang)大後,送至顯示儀(yi)表顯示。
根據動量(liàng)距定理可以列出(chu)葉輪的運動方程(cheng)
式中J一葉輪的慣(guan)性矩;dω/dt一葉輪的旋(xuan)轉加速度;M1一流體(ti)驅動力矩🐆;M2一黏性(xìng)阻力距;M3一軸承摩(mo)擦阻力距;M4一🎯磁阻(zǔ)力距。
該文所基于(yú)的控制方程爲黏(nian)性、不可壓的NavierStokes方程(cheng)。湍流通🏃♀️過Realizablek-ε模型進(jin)行封閉。程序求解(jie)框架爲基于結構(gòu)♊網格的有限體積(ji)法求解程序。連續(xu)性條件通過壓力(lì)修正🏃🏻♂️得到滿足。動(dong)量方程湍流方程(cheng)的對流項均采用(yong)二階迎風格式離(li)散,其他空間導數(shu)均爲二階精度的(de)中心差分格式離(lí)⚽散。
連續性方程與(yǔ)動量方程
式中μ一(yi)分子黏性系數,在(zai)引入湍流模型後(hòu),此參數可用👈有效(xiao)黏性系數代替(μer=μt從(cong),其中片爲湍流黏(nián)性系數)，
Realizablek-ε湍流模型(xing)爲目前工程上使(shi)用最爲廣泛的湍(tuan)流模🆚型之一。采🐇用(yong)🔞的各種流動包括(kuò)旋轉均勻剪切流(liu)、包含有射流和混(hùn)合流🌈的自由流動(dòng)管道内流動邊界(jiè)層流動和帶有分(fèn)離的🔆流動等🤟。它是(shi)兩✉️方程模型,需🌂要(yao)求解的💘變量爲湍(tuān)動能k與湍動能耗(hào)散率ε,它們所滿足(zu)的輸運方程爲
這(zhè)裏的Ωif是從角速度(dù)爲ωk的參考系中觀(guan)察.到的時均🧑🏽🤝🧑🏻轉動(dòng)🔞速率張量。
2仿真模(mó)型
研究對象爲氣(qi)體渦輪流量計。計(ji)算時在進出口加(jiā)了十倍直徑的直(zhí)管段,目的是爲了(le)使其流動充分發(fa)展。計算🆚采用的邊(biān)界條件:速度爲進(jin)口,壓力爲出口,其(qi)他均爲壁面。并且(qiě)采用了Fluent中的MRF模型(xíng),給定葉輪的旋轉(zhuan)角👣速度來進行計(ji)算。在幾何結構複(fú)雜的部位采用非(fei)結構化網格并進(jìn)行了加密,目的是(shì)爲了👉正确地顯示(shi)此處的流場信息(xi)。直管段部分采用(yong)了結構化網格,目(mu)的🧑🏾🤝🧑🏼是爲了♈減少網(wǎng)格的數量,最後計(ji)⚽算總網格達200萬之(zhī)多👅。
3仿真結果及分(fen)析
該次數值模拟(nǐ)流量爲650,260,162.5,32m/h的情況,以(yǐ)下選取其中兩種(zhong)情況進行分析。如(rú)圖3和圖4所示,爲流(liu)量650m³/h時的z平面上的(de)壓‼️力(Pa)和速度(m/s)分布(bù)圖。從圖3可以明顯(xiǎn)看出渦輪流🌍量計(jì)的壓力損失主要(yào)集中在💞前後導流(liú)器和葉輪部分，而(ér)在其他部位的壓(ya)力損失很小;速度(du)分布圖🌈也很好地(di)反映出渦輪流量(liàng)計内部的流動情(qing)況。從流量.162.5m³/h時的壓(ya)力(Pa)和速度(m/s)分布圖(tu)🍓,如圖5-6所示,可以得(dé)到相同的結論,兩(liǎng)種流量下,壓力和(he)速度是相似的,但(dan)大小有所不同。
爲(wei)了與渦輪流量計(ji)的實驗壓損值進(jin)行比較,按照實驗(yàn)值的測🤟量條件,對(duì)實驗值和計算值(zhí)進行比.較‼️,見表1所(suǒ)列🐅和圖7所示🔱,在最(zuì)大流量點上,壓損(sǔn)計算值與實驗值(zhi)之差💘小于4%。
4結束語(yu)
該文應用計算流(liu)體力學的方法研(yán)究了氣體渦輪流(liú)量計🥰的内部流場(chang),得到了不同流量(liang)值下的壓力損失(shī)，并與實驗⚽結果進(jìn)行✂️比較,發現兩者(zhě)吻合很好。通過研(yan)☔究知道㊙️,目前的計(jì)算方👄法是合理的(de),得到的結果是可(ke)🐉靠的，通過改變結(jie)構😍參數進行計算(suàn)可以優化氣體渦(wo)輪流量計内部結(jié)構。
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