摘要(yao):爲了深入研究(jiu)渦輪流量計
的(de)工作原理,以改(gǎi)善其精度通過(guo)計算流體力學(xué)的😘方法對❤️100mm口徑(jìng)的氣體渦輪流(liu)量計進行了數(shu)值模拟,給出了(le)氣體渦輪流量(liang)計的速度場壓(ya)力場速度矢量(liang)場及💯其壓損⛷️。研(yán)究了不同流量(liang)下的壓損值,并(bìng)通過實驗進行(hang)了比較，結果表(biǎo)明數值仿真與(yǔ)實驗結😘果基本(ben)吻合。
0引言
渦輪(lún)流量計是一種(zhong)速度式流量計(jì),近年來,已在石(shi)油、化工💞科研國(guó)防、計量等部門(mén)獲得廣泛的應(yīng)用。渦輪流量計(jì)具有㊙️精度高、重(zhong)複性好、壓損小(xiǎo)量程比大等優(yōu)點,缺點是易受(shòu)流體物性.的影(yǐng)響🧑🏽🤝🧑🏻。
21世紀以來,由(yóu)于計算流體動(dòng)力學的發展,許(xǔ)多專業人員1-31嘗(cháng)試🔞進🈲行與流量(liàng)計的内部流動(dong).相關情況的數(shù)值仿真研究,也(ye)有一些❌專業人(rén)員對帶有旋轉(zhuan)機械的流場進(jìn)行數值模拟,其(qi)中有幾位人員(yuán)9.13)]開始對氣體渦(wo)輪流量計
的内(nei)部流場進行數(shu)值模拟,以便優(you)化氣體渦輪流(liú)㊙️量計的🚶♀️内部結(jié)構。對用于天然(rán)氣計量的渦輪(lun)流量👉計進行數(shù)學建🤩模并做數(shù)值模拟,将其結(jie)果與流量計的(de)實👈際校正曲線(xian)進行比較。采用(yong)标🐪準k-ε湍流模型(xing)🧡對切線型渦輪(lún)流量計進行了(le)數值仿真。由于(yu)氣體渦輪流量(liàng)計🏃🏻♂️是一種精度(du)高的流量儀表(biao),需要對内部流(liú)場結構進行正(zhèng)确的描述✉️。采用(yòng)精細的網格先(xian)進的方法和合(he)理的湍流模型(xíng)對氣體渦輪流(liú)量計的内部流(liu)場進行數㊙️值模(mó)拟,以便優化其(qi)内部結構。
1基本(ben)控制方程
渦輪(lun)流量計的工作(zuo)原理:當流體流(liú)過渦輪流量計(jì)時,在流體❓的作(zuò)用下，葉輪受力(li)産生旋轉。葉輪(lún)的轉🚶♀️速與♻️管道(dào)平均流速🧑🏾🤝🧑🏼成正(zhèng)比,葉輪轉動後(hou),周期性地改變(bian)磁🌈電轉換器的(de)磁阻值,檢測線(xiàn)圈中的磁通随(suí)🧑🏾🤝🧑🏼之産生周期性(xìng)變化和周期性(xìng)的感應電勢,即(jí)電脈沖信号,經(jīng)放大器放大後(hòu),送至顯示儀表(biao)顯示。
根據動量(liang)距定理可以列(lie)出葉輪的運動(dong)方程
式中J一葉(yè)輪的慣性矩;dω/dt一(yi)葉輪的旋轉加(jia)速度;M1一流👈體驅(qū)動力矩;M2一黏性(xìng)阻力距;M3一軸承(chéng)摩擦阻力距;M4一(yī)磁阻力距。
該文(wén)所基于的控制(zhi)方程爲黏性、不(bu)可壓的NavierStokes方程。湍(tuān)流通過Realizablek-ε模型進(jìn)行封閉。程序求(qiú)解框架爲基于(yu)結構🔅網格的有(you)💛限體積法求解(jiě)程序。連續性條(tiao)件通過壓力修(xiu)正得到滿足。動(dòng)量方程湍流方(fang)程的對流項均(jun1)采用二階迎風(fēng)格式離散,其他(tā)空間導數均爲(wèi)二階精度的中(zhōng)心差分格式離(lí)散。
連續性方程(chéng)與動量方程
式(shi)中μ一分子黏性(xìng)系數,在引入湍(tuān)流模型後,此參(can)數可用有效黏(nián)性系數代替(μer=μt從(cóng),其中片爲湍流(liu)黏性系數)，
Realizablek-ε湍流(liú)模型爲目前工(gōng)程上使用最爲(wèi)廣泛的湍流模(mo)型之一。采用的(de)各種流動包括(kuò)旋轉均勻剪切(qiē)流、包含有射流(liú)和混合流的自(zì)🐇由流動管道内(nei)流動邊界層流(liu)動和帶有分離(li)的流動等。它是(shì)兩方程模型,需(xū)😘要求解的變量(liàng)爲湍動能k與湍(tuān)動能耗散率ε,它(ta)們所📐滿足的輸(shu)運♊方程爲
這裏(lǐ)的Ωif是從角速度(dù)爲ωk的參考系中(zhong)觀察.到的時均(jun)轉動😘速率張量(liàng)。
2仿真模型
研究(jiū)對象爲氣體渦(wō)輪流量計。計算(suàn)時在進出口加(jia)了十倍直🔅徑的(de)直管段,目的是(shì)爲了使其流動(dong)充分🚩發展🧡。計算(suàn)采用的邊界條(tiao)件:速度爲進口(kǒu),壓力爲出口,其(qi)他均爲壁面。并(bing)且采用了Fluent中的(de)MRF模型,給定葉輪(lún)的旋轉角速度(du)來進行計算。在(zai)🛀🏻幾何結構複雜(za)的部位采用非(fei)結構化網格并(bing)🐕進行了加密,目(mu)的是爲了💚正确(que)地顯示🌈此💁處的(de)流場信息。直管(guǎn)段部分采用了(le)結構化網格,目(mu)的是爲了減少(shǎo)網格🤞的數量,最(zui)後計算總網格(ge)達200萬之多🔞。
3仿真(zhēn)結果及分析
該(gāi)次數值模拟流(liú)量爲650,260,162.5,32m/h的情況,以(yǐ)下選取其中兩(liang)種情況進行分(fen)析。如圖3和圖4所(suo)示,爲流量650m³/h時的(de)z平面上的壓力(li)(Pa)和速度(m/s)分布🔱圖(tú)。從圖3可以明顯(xian)看出渦輪流量(liàng)計的壓力損失(shi)主要集中在前(qian)後導流器和葉(ye)輪部分，而在其(qí)他部位🙇🏻的壓力(lì)損㊙️失很小;速度(du)分布圖也很好(hǎo)地反㊙️映出渦輪(lun)流量計内部的(de)流動情況。從🔞流(liú)量.162.5m³/h時的壓力(Pa)和(he)速度(m/s)分布圖🈲,如(ru)圖5-6所示,可以得(de)到相同的結❗論(lun),兩種流量下,壓(yā)力和速度是相(xiang)似的,但大小有(you)所不同。
爲了與(yǔ)渦輪流量計的(de)實驗壓損值進(jìn)行比較,按照🤞實(shí)驗值♈的測量條(tiáo)件,對實驗值和(he)計算值進行比(bǐ).較,見表1所列和(hé)圖7所示🔞,在最大(da)流量點上,壓損(sun)計算值與實驗(yan)值之差小于4%。
4結(jié)束語
該文應用(yong)計算流體力學(xue)的方法研究了(le)氣體渦輪流🔱量(liang)計的内部流場(chang),得到了不同流(liú)量值下的壓力(lì)⭐損失，并與✔️實驗(yàn)💯結果進行比較(jiào),發現兩者吻合(hé)很好。通過研究(jiū)知道,目前的計(jì)算方法是合理(li)的,得到的💘結果(guǒ)是可靠的，通過(guò)改變結構參數(shù)進行計算可以(yǐ)優化氣體渦輪(lún)流量計内部結(jie)構。
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