摘要:爲了(le)深入研究(jiu)渦輪流量(liàng)計 的工作(zuò)原理,以改(gǎi)善其精度(dù)通過計算(suan)流體力學(xue)的方法✨對(dui)100mm口徑📧的氣(qi)體渦輪流(liu)量計進行(háng)了數值模(mo)拟,給出了(le)氣體渦輪(lun)流量計的(de)速度場壓(ya)力場速度(du)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(bǐ)較😍，結果表(biǎo)明數值仿(páng)真🐪與實驗(yan)結果基本(běn)吻合。
0引言(yán)
　　渦輪流量(liang)計是一種(zhong)速度式流(liu)量計,近年(nián)來,已在石(shí)油、化工☀️科(kē)👈研🧡國防、計(jì)量等部門(mén)獲得廣泛(fan)的應用。渦(wō)輪流量計(ji)具有精度(dù)高、重複性(xing)好、壓損小(xiǎo)量程比大(da)等優點,缺(que)點是易受(shòu)流體物性(xìng).的影響🏃。
　　21世(shì)紀以來,由(you)于計算流(liu)體動力學(xué)的發展,許(xu)多專業人(rén)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻員1-31嘗⁉️試進(jìn)行與流量(liàng)計的内部(bù)流動.相關(guan)情況的數(shù)值仿真研(yán)究,也有一(yī)些專業人(rén)員對帶有(you)旋轉機械(xie)的流場進(jin)行數值模(mó)拟,其中有(you)幾位人員(yuan)9.13)]開始對氣(qì)體渦輪流(liu)量計 的内(nei)部流場進(jìn)行數值模(mo)拟,以便優(you)化氣體渦(wo)輪流✍️量計(ji)的内♉部🈲結(jié)構。對用于(yu)天然氣計(jì)量的渦輪(lún)流量☂️計進(jìn)⛱️行數學建(jian)🌈模并做數(shu)值模拟,将(jiāng)其結果與(yu)流量計的(de)實際校正(zhèng)曲線進行(hang)比較。采用(yòng)标準k-ε湍流(liu)模型對切(qiē)線型渦輪(lún)流量計進(jin)行了數值(zhi)仿真。由于(yu)氣體渦輪(lún)流量計是(shì)一種精度(dù)高的流量(liang)儀❄️表,需要(yào)對内部流(liu)場結構✊進(jin)行正确的(de)描述。采用(yong)精細的網(wǎng)👅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(you)化其内部(bù)結構🔴。
1基本(běn)控制方程(chéng)
　　渦輪流量(liàng)計的工作(zuo)原理:當流(liu)體流過渦(wō)輪流量計(ji)時🚶,在🔅流🌍體(tǐ)的作用下(xia)，葉輪受力(lì)産生旋轉(zhuǎn)。葉輪的轉(zhuǎn)🍓速與管道(dào)平均流速(sù)🌍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(jiǎn)🤞測線圈中(zhōng)的磁通随(sui)🛀🏻之産生周(zhōu)期性變化(hua)和周期性(xìng)的感應電(diàn)🌈勢,即電脈(mò)沖信号,經(jīng)放大器放(fàng)大後,送至(zhì)顯示儀表(biao)顯示。
根據(ju)動量距定(ding)理可以列(liè)出葉輪的(de)運動方程(chéng)
 
　　式中J一葉(yè)輪的慣性(xing)矩;dω/dt一葉輪(lun)的旋轉加(jiā)速度;M1一流(liu)體驅動力(lì)矩❌;M2一黏性(xing)阻力距;M3一(yi)軸承摩擦(ca)阻力距;M4一(yi)🔴磁阻力距(jù)。
該文所基(ji)于的控制(zhi)方程爲黏(nián)性、不可壓(ya)的NavierStokes方程。湍(tuān)流通過Realizablek-ε模(mó)型進行封(fēng)閉。程序求(qiu)解框架爲(wei)基于結構(gou)網格的有(yǒu)限體🏃積法(fa)求解程序(xù)。連續性條(tiáo)件通過壓(ya)力修正🈚得(de)到滿足。動(dong)量方程湍(tuān)流方程的(de)對流項均(jun1)❗采用二階(jie)迎風格式(shì)離散,其他(tā)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(chéng)與動量方(fāng)程

　　式中μ一(yi)分子黏性(xìng)系數,在引(yin)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(wei)湍流黏性(xing)系數)，
　　Realizablek-ε湍流(liu)模型爲目(mù)前工程上(shang)使用最爲(wèi)廣泛的湍(tuan)流模型之(zhi)一。采⚽用的(de)各種流動(dòng)包括旋轉(zhuan)均勻剪切(qiē)流、包含有(yǒu)射流和混(hùn)👈合流🈲的自(zi)由流動管(guǎn)道内流動(dong)邊界層流(liu)動和帶有(you)分離的流(liu)動等。它是(shi)兩方程模(mó)型,需☔要求(qiu)解的變量(liàng)爲湍動能(néng)k與湍動能(néng)耗散率ε,它(tā)們所滿足(zú)的輸運方(fāng)程爲
 
　　這裏(lǐ)的Ωif是從角(jiǎo)速度爲ωk的(de)參考系中(zhōng)觀察.到的(de)時均轉💃🏻動(dong)🏃🏻‍♂️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(zai)進出口加(jiā)了十倍直(zhí)徑的直管(guan)段,目的是(shì)爲了使其(qi)流動充分(fèn)發展♊。計算(suàn)采用✉️的邊(biān)界條件:速(sù)度爲進口(kǒu),壓力爲出(chū)口,其他均(jun1)爲壁面。并(bing)且采用了(le)Fluent中的MRF模型(xing),給定葉輪(lún)的旋轉角(jiao)速度來進(jìn)行計算。在(zài)📧幾何結構(gòu)複雜的部(bù)位采用非(fēi)結構化網(wang)格并進行(háng)了加密,目(mu)的是爲了(le)😘正确地顯(xiǎn)示此處的(de)流場信息(xī)。直管段部(bu)分采用了(le)結構化網(wǎng)格,目的是(shì)爲了減少(shǎo)網格的數(shù)量,最後計(ji)算總網格(gé)達200萬之多(duo)🍉。
3仿真結果(guǒ)及分析
　　該(gāi)次數值模(mo)拟流量爲(wei)650,260,162.5,32m/h的情況,以(yi)下選取其(qí)中兩種情(qíng)況進行分(fen)析。如圖3和(he)圖4所示,爲(wèi)流量650m³/h時的(de)z平面上的(de)壓力(Pa)和速(su)度(m/s)分布圖(tú)。從圖3可以(yi)明顯看出(chu)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(bu)分，而在其(qí)他部位的(de)壓力損失(shi)很小;速度(dù)分布圖也(yě)很好地反(fǎn)映出渦輪(lun)流量計内(nei)部的流動(dòng)情況。從㊙️流(liú)量.162.5m³/h時的壓(yā)力(Pa)和速度(du)(m/s)分布圖,如(ru)圖5-6所示,可(ke)以得到相(xiàng)同的結論(lun),兩種流量(liàng)下,壓力和(he)速度是相(xiang)似的,但大(da)小有所不(bu)同。
 
　　爲了與(yǔ)渦輪流量(liang)計的實驗(yàn)壓損值進(jin)行比較,按(an)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(suǒ)示🏃🏻,在最大(da)流量點上(shàng),壓損計算(suan)值與實驗(yan)值之差🏃‍♀️小(xiao)于4%。
 
4結束語(yu)
　　該文應用(yong)計算流體(ti)力學的方(fang)法研究了(le)氣體渦輪(lún)🌈流量計的(de)内部流場(chǎng),得到了不(bu)同流量值(zhí)下的壓力(li)損失，并與(yǔ)❄️實驗結果(guǒ)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(li)的,得到的(de)結果是可(kě)靠的，通過(guo)改變結構(gòu)參數進行(hang)📧計算可以(yǐ)優化氣體(ti)渦輪流量(liang)計内🔴部結(jié)構。

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