摘要(yao)：爲優(you)化小(xiao)流量(liang)渦輪(lun)流量(liang)計 結(jie)構,建(jian)立小(xiao)流量(liang)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)數學(xue)模型(xing)和三(san)維模(mo)型✨,通(tong)🈲過㊙️其(qi)流場(chang)特性(xing)進行(hang)仿真(zhen)分析(xi),研究(jiu)導流(liu)架端(duan)部💃🏻的(de)形狀(zhuang)、葉♈輪(lun)與導(dao)流架(jia)之間(jian)凹槽(cao)寬度(du)、葉輪(lun)面積(ji)和形(xing)狀對(dui)葉輪(lun)穩定(ding)旋轉(zhuan)的影(ying)響,并(bing)對不(bu)同結(jie)構導(dao)流架(jia)端部(bu)的小(xiao)流量(liang)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)流📐場(chang)特性(xing)進🛀🏻行(hang)了分(fen)析,圓(yuan)錐形(xing)結構(gou)葉輪(lun)的高(gao)壓低(di)速區(qu)面積(ji)最小(xiao)，能夠(gou)有效(xiao)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻減少(shao)壓力(li)損失(shi),提高(gao)流量(liang)計的(de)測量(liang)精度(du)。
0引言(yan)
　　渦輪(lun)流量(liang)計 是(shi)一種(zhong)典型(xing)的速(su)度式(shi)流量(liang)計,具(ju)有精(jing)度高(gao)、重複(fu)性好(hao)、結構(gou)簡單(dan)、在石(shi)油、化(hua)工、航(hang)空航(hang)天、電(dian)力等(deng)領域(yu)有着(zhe)及其(qi)重要(yao)的應(ying)用中(zhong)。爲解(jie)決氣(qi)液兩(liang)相流(liu)量計(ji)量問(wen)題,文(wen)獻[2]設(she)計了(le)一種(zhong)🥰雙渦(wo)輪質(zhi)量流(liu)量計(ji);文獻(xian)[3]針對(dui)傳統(tong)渦輪(lun)流量(liang)計✉️需(xu)鋪設(she)電源(yuan)線和(he)信号(hao)傳輸(shu)電纜(lan),使用(yong)不方(fang)便的(de)問題(ti),設計(ji)了一(yi)種基(ji)于ARM單(dan)片機(ji)的無(wu)線渦(wo)輪流(liu)量🌏計(ji);文獻(xian)[4]采用(yong)3葉片(pian)長螺(luo)旋形(xing)結構(gou)設計(ji)了一(yi)種新(xin)型的(de)渦輪(lun)流量(liang)計;文(wen)獻🤟[5]研(yan)究了(le)基于(yu)渦輪(lun)式氣(qi)體流(liu)量傳(chuan)感器(qi)的呼(hu)氣容(rong)量計(ji)算方(fang)法;文(wen)獻[6]研(yan)究了(le)渦輪(lun)流量(liang)計變(bian)粘度(du)流量(liang)計算(suan)與校(xiao)準方(fang)法;文(wen)獻[7]研(yan)究了(le)一種(zhong)高壓(ya)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計。這(zhe)些研(yan)究☔推(tui)動了(le)渦輪(lun)流量(liang)計研(yan)究和(he)應用(yong),随着(zhe)小流(liu)量計(ji)量🐪精(jing)度要(yao)求的(de)不斷(duan)提高(gao)，小流(liu)量渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的流(liu)場特(te)性等(deng)受到(dao)關注(zhu)。本文(wen)從小(xiao)流量(liang)💰渦輪(lun)流量(liang)計設(she)計需(xu)求出(chu)發,通(tong)過建(jian)立小(xiao)流量(liang)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)數學(xue)模型(xing)、三維(wei)模型(xing),仿真(zhen)分析(xi)小流(liu)量渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的流(liu)場特(te)性，研(yan)究其(qi)優化(hua)設計(ji)。
1渦輪(lun)流量(liang)傳感(gan)器工(gong)作原(yuan)理
　　渦(wo)輪流(liu)量計(ji)依靠(kao)流經(jing)管道(dao)的流(liu)體對(dui)置于(yu)管道(dao)内葉(ye)輪葉(ye)片的(de)沖擊(ji)驅動(dong)葉輪(lun)轉動(dong),如圖(tu)1所示(shi)，其核(he)心結(jie)構🈚包(bao)括殼(ke)體、前(qian)後導(dao)流架(jia)、葉輪(lun)、軸承(cheng)和磁(ci)鋼。其(qi)中殼(ke)體連(lian)接外(wai)部管(guan)道,固(gu)🤞定内(nei)部結(jie)構部(bu)🌈件,對(dui)進入(ru)殼體(ti)内的(de)流體(ti)進行(hang)微整(zheng)流;葉(ye)輪空(kong)心輪(lun)毂内(nei)裝磁(ci)鋼,兩(liang)端裝(zhuang)有軸(zhou)承,與(yu)導流(liu)架.配(pei)合,保(bao)證葉(ye)輪穩(wen)定旋(xuan)轉🥰,實(shi)現流(liu)量大(da)小的(de)計量(liang)。
 
2小流(liu)量渦(wo)輪流(liu)量計(ji)數學(xue)模型(xing)
　　流體(ti)流速(su)流量(liang)與葉(ye)輪角(jiao)速度(du)成比(bi)例關(guan)系,通(tong)過對(dui)渦.輪(lun)葉片(pian).上力(li)矩的(de)分析(xi),綜合(he)小流(liu)量渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的葉(ye)輪結(jie)構特(te)性及(ji)其制(zhi)造工(gong)藝,依(yi)據動(dong)量矩(ju)定理(li)得到(dao)葉輪(lun)運動(dong)方程(cheng)爲:
 
　　式(shi)(1)中,J爲(wei)葉輪(lun)轉動(dong)動量(liang);ɷ爲葉(ye)輪旋(xuan)轉角(jiao)速度(du);Md爲葉(ye)輪❄️驅(qu)動力(li)矩,Mr,爲(wei)葉片(pian)表面(mian)粘性(xing)摩擦(ca)阻力(li)矩;Mb爲(wei)軸與(yu)軸🚩承(cheng)間的(de)粘性(xing)摩💃擦(ca)阻力(li)矩;Mh爲(wei)輪毂(gu)周面(mian)上粘(zhan)性摩(mo)擦阻(zu)力矩(ju);Mw爲輪(lun)毂端(duan)面上(shang)的粘(zhan)性摩(mo)擦阻(zu)力矩(ju);Mt爲葉(ye)片頂(ding)端與(yu)殼體(ti)間隙(xi)的粘(zhan)性摩(mo)擦阻(zu)力矩(ju);Mm爲電(dian)磁阻(zu)力㊙️矩(ju)和軸(zhou)承上(shang)摩擦(ca)阻力(li)矩之(zhi)和。
式(shi)(1)中:
 
　　式(shi)(3)中ρ爲(wei)流體(ti)密度(du);Q爲流(liu)體體(ti)積流(liu)量;u1爲(wei)流體(ti)的軸(zhou)向來(lai)流速(su)度;u2爲(wei)㊙️流體(ti)流出(chu)時葉(ye)片速(su)度;a1爲(wei)流體(ti)流人(ren)時與(yu)葉輪(lun)圓周(zhou)方向(xiang)的夾(jia)角;a2爲(wei)流體(ti)流出(chu)葉片(pian)與葉(ye)輪🚶‍♀️圓(yuan)周切(qie)向的(de)夾角(jiao);如圖(tu)✨2葉片(pian)入口(kou)和出(chu)口的(de)速度(du)平面(mian)圖所(suo)示。
　　當(dang)流量(liang)恒定(ding)時,式(shi)(3)中ρ、Q、u1、a1爲(wei)已知(zhi)量,考(kao)慮到(dao)葉輪(lun)葉片(pian)旋💛轉(zhuan)方向(xiang)上流(liu)體進(jin)出口(kou)線速(su)度相(xiang)同,記(ji)進出(chu)口線(xian)速♻️度(du)分别(bie)設爲(wei)Ur1和❓ur2,ur1=ur2=ur;記(ji)流體(ti)與葉(ye)輪葉(ye)片出(chu)入口(kou)的相(xiang)對角(jiao)速度(du)分别(bie)爲ɷ1和(he)ɷ2,則圓(yuan)周運(yun)動方(fang)向夾(jia)角β2與(yu)葉片(pian)與軸(zhou)線結(jie)構夾(jia)角θ之(zhi)間有(you)式(4)所(suo)示關(guan)系:
 
 
　　式(shi)(9)中,ɷh?爲(wei)輪毂(gu)處角(jiao)速度(du);βw爲平(ping)均相(xiang)對流(liu)速方(fang)向與(yu)葉輪(lun)軸線(xian)間角(jiao)度;Ah爲(wei)葉片(pian)部分(fen)輪毂(gu)面積(ji),R0爲葉(ye)輪所(suo)在殼(ke)體内(nei)徑,Rh爲(wei)輪毂(gu)半徑(jing)
輪毂(gu)周面(mian)粘性(xing)摩擦(ca)阻力(li)矩Mhf爲(wei):
 
3渦輪(lun)流量(liang)計三(san)維流(liu)場仿(pang)真與(yu)優化(hua)設計(ji)
3.1葉輪(lun)三維(wei)模型(xing)建立(li)
　　基于(yu)上述(shu)分析(xi)可見(jian)，葉輪(lun)的運(yun)動特(te)性主(zhu)要受(shou)其結(jie)構參(can)數🛀、流(liu)體粘(zhan)性系(xi)數等(deng)影響(xiang)。爲分(fen)析小(xiao)流量(liang)渦輪(lun)結構(gou)的流(liu)場特(te)性,設(she)☔計參(can)數如(ru)表1所(suo)示葉(ye)輪系(xi)統,借(jie)助UG軟(ruan)件建(jian)立其(qi)三維(wei)仿真(zhen)模型(xing);将該(gai)三維(wei)模型(xing)導入(ru)ANSYSWork-bench軟件(jian)中仿(pang)真。
 
　　考(kao)慮到(dao)葉輪(lun)的運(yun)動性(xing)能是(shi)流量(liang)計量(liang)的核(he)心,仿(pang)真中(zhong)采用(yong)小四(si)面體(ti)網格(ge)。小尺(chi)寸窄(zhai)表面(mian)采用(yong)局部(bu)網格(ge),渦輪(lun)旋轉(zhuan)區劃(hua)分的(de)網格(ge)數約(yue)爲230萬(wan),整個(ge)模型(xing)劃分(fen)的網(wang)格總(zong)數爲(wei)353萬。
3.2葉(ye)輪流(liu)場特(te)性分(fen)析
3.2.1葉(ye)輪速(su)度場(chang)分析(xi)
　　分别(bie)取流(liu)量爲(wei)5.2184L/min、9.3761L/min、16.6981L/min對葉(ye)輪流(liu)場仿(pang)真分(fen)析,獲(huo)得上(shang)述流(liu)量下(xia)葉💃🏻輪(lun)後導(dao)流架(jia)後端(duan)速度(du)矢量(liang)圖(圖(tu)3(a),(b),(c)所示(shi)),可見(jian)流體(ti)與前(qian)導流(liu)🚩架前(qian)端碰(peng)撞産(chan)生低(di)速區(qu)，靜壓(ya)力變(bian)大,且(qie)随👅流(liu)量增(zeng)大而(er)變大(da),壓力(li)👌損失(shi)明顯(xian);流體(ti)進入(ru)前導(dao)流架(jia)後,流(liu)速加(jia)快,雷(lei)諾數(shu)增加(jia),湍流(liu)強度(du)變大(da)。流體(ti)進入(ru)葉😘輪(lun)前，先(xian)流經(jing)葉輪(lun)與前(qian)後導(dao)流架(jia)連接(jie)的槽(cao),由于(yu)槽内(nei)流速(su)低,此(ci)時流(liu)量的(de)速度(du)分布(bu)不均(jun),且有(you)強渦(wo)☎️流産(chan)生。回(hui)流導(dao)葉尾(wei)端速(su)度矢(shi)量圖(tu)如圖(tu)3(d)所示(shi),流體(ti)在後(hou)導流(liu)架後(hou)端出(chu)現長(zhang)尾流(liu),尾流(liu)長度(du)随流(liu)量增(zeng)大而(er)減小(xiao)。
 
 
3.2.2壓力(li)場分(fen)析
　　分(fen)析上(shang)述三(san)個不(bu)同流(liu)量時(shi)流道(dao)内壓(ya)力場(chang),發現(xian)随着(zhe)流量(liang)增加(jia),葉輪(lun)、導流(liu)架上(shang)遊面(mian)形成(cheng)的靜(jing)壓變(bian)高,葉(ye)片上(shang)遊面(mian)和葉(ye)片下(xia)遊面(mian)的壓(ya)力随(sui)着流(liu)量的(de)增加(jia)而減(jian)小(如(ru)圖4所(suo)示),可(ke)見,導(dao)流架(jia)端部(bu)的形(xing)狀、葉(ye)輪與(yu)導流(liu)架之(zhi)間凹(ao)槽寬(kuan)度、葉(ye)輪面(mian)積和(he)形狀(zhuang)對葉(ye)輪👨‍❤️‍👨穩(wen)定旋(xuan)轉均(jun)有明(ming)顯影(ying)響。
3.3結(jie)構優(you)化設(she)計
3.3.1導(dao)流架(jia)頭部(bu)結構(gou)設計(ji)
　　基于(yu)上述(shu)CFD仿真(zhen)分析(xi)結果(guo),爲有(you)效減(jian)小葉(ye)輪壓(ya)力.損(sun)失,将(jiang)原導(dao)流💋架(jia)頭部(bu)的球(qiu)形分(fen)别設(she)計橢(tuo)球型(xing)和圓(yuan)錐形(xing),改進(jin)後的(de)導流(liu)架頭(tou)部尺(chi)寸如(ru)圖5所(suo)示。
 
3.3.2結(jie)構優(you)化後(hou)葉輪(lun)三維(wei)流場(chang)特性(xing)
　　基于(yu)上述(shu)結構(gou),仿真(zhen)流量(liang)爲Q=5.2184L/min和(he)Q=16.6981L/min時，不(bu)同導(dao)流架(jia)結構(gou)♊下葉(ye)輪速(su)度場(chang),由.圖(tu)6可見(jian),圓錐(zhui)形結(jie)構葉(ye)輪的(de)高壓(ya)低速(su)區面(mian)🌏積最(zui)🏃🏻‍♂️小,其(qi)次是(shi)💃橢圓(yuan)形體(ti),球形(xing)結構(gou)葉輪(lun)的高(gao)壓低(di)速區(qu)面積(ji)最大(da),圓錐(zhui)形結(jie)構🧑🏾‍🤝‍🧑🏼能(neng)夠有(you)效減(jian)少壓(ya)力損(sun)失,提(ti)高流(liu)♈量計(ji)的測(ce)量精(jing)度。在(zai)前導(dao)流架(jia)環狀(zhuang)流動(dong)路徑(jing)中，圓(yuan)錐形(xing)㊙️流體(ti)的速(su)度🈲分(fen)布最(zui)均勻(yun)的，橢(tuo)圓體(ti)結構(gou)次之(zhi),球形(xing)結構(gou)👅最差(cha),圓錐(zhui)結構(gou)具有(you)較好(hao)的整(zheng)流效(xiao)果。
流(liu)量爲(wei)Q=5.2184L/min和Q=16.6981L/min時(shi),改進(jin)後導(dao)流架(jia)頭部(bu)形狀(zhuang)後端(duan)形成(cheng)的🌐尾(wei)流如(ru)圖🔞7所(suo)示。圓(yuan)錐形(xing)結構(gou)尾流(liu)面積(ji)最小(xiao),橢球(qiu)形較(jiao)小🙇‍♀️，球(qiu)形結(jie)構尾(wei)流面(mian)積最(zui)大,三(san)種形(xing)狀的(de)尾流(liu)中🈲均(jun)有渦(wo)流出(chu)現,圓(yuan)錐形(xing)産生(sheng)渦流(liu)最小(xiao),壓力(li)損失(shi)最小(xiao)。
4結論(lun)
　　本文(wen)從小(xiao)流量(liang)渦輪(lun)流量(liang)計設(she)計需(xu)求出(chu)發,通(tong)過建(jian)立小(xiao)流量(liang)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)數學(xue)模型(xing)、三維(wei)模型(xing),基于(yu)小流(liu)量渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的流(liu)場特(te)性,優(you)化改(gai)進了(le)其導(dao)📧流架(jia)結構(gou),所得(de)結論(lun)如🈲下(xia):
(1)由于(yu)流體(ti)對前(qian)導流(liu)架沖(chong)擊,會(hui)導緻(zhi)葉輪(lun)靜壓(ya)力變(bian).大🐪,流(liu)道🏒面(mian)積⭕變(bian)小,流(liu)速增(zeng)大,經(jing)前導(dao)流架(jia)進人(ren)葉輪(lun)旋轉(zhuan)區後(hou)🔆随葉(ye)🔴輪旋(xuan)☔轉形(xing)成旋(xuan)流。
(2) 随(sui)着流(liu)量增(zeng)加,葉(ye)輪、導(dao)流架(jia)上遊(you)面形(xing)成的(de)靜壓(ya)變高(gao)💯,葉🏃‍♀️片(pian)上遊(you)🔞面和(he)葉片(pian)下遊(you)面的(de)壓力(li)随着(zhe)流量(liang)的增(zeng)加.而(er)減小(xiao)。
(3)圓錐(zhui)形結(jie)構葉(ye)輪的(de)高壓(ya)低速(su)區面(mian)積最(zui)小，能(neng)夠有(you)效❤️減(jian)少壓(ya)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻力損(sun)失,提(ti)高流(liu)量計(ji)的測(ce)量精(jing)度。此(ci)外,在(zai)前導(dao)🌏流架(jia)環狀(zhuang)流動(dong)💜路徑(jing)✨中,圓(yuan)錐形(xing)流體(ti)的速(su)度分(fen)布最(zui)均❤️勻(yun)的，較(jiao)橢圓(yuan)體球(qiu)形導(dao)流架(jia)結🛀構(gou),圓錐(zhui)結構(gou)具有(you)最好(hao)的整(zheng)流效(xiao)果。

本(ben)文來(lai)源于(yu)網絡(luo),如有(you)侵權(quan)聯系(xi)即删(shan)除！