摘要:針(zhen)對速度分(fen)布的不對(dui)稱性對均(jun)速管流量(liang)計 測量精(jing)度影響的(de)問題，利用(yong)計算流體(ti)力學(CFD)軟件(jian)，對均速管(guan)🐅流🔞量計的(de)内部流場(chang)進行了3D數(shu)值模拟。采(cai)用🐪有限體(ti)積法，引人(ren)标準k-ensilon湍流(liu)模型對控(kong)制方程進(jin)行👅離散和(he)求解，得出(chu)了均速管(guan)流量計在(zai)彎管後不(bu)同🙇‍♀️直管段(duan)位置和不(bu)同流速條(tiao)件下的流(liu)場動力學(xue)參💋數;利用(yong)得到的差(cha)壓模拟✂️數(shu)據計算得(de)出流量系(xi)數，并對測(ce)量精度進(jin)行了分析(xi)。
引言
　　均速(su)管流量計(ji)是基于皮(pi)托管流量(liang)計發展起(qi)來的一種(zhong)新型 差壓(ya)式流量計(ji) ，其目的是(shi)爲了克服(fu)皮托管流(liu)量計因單(dan)點取樣而(er)🆚對管内速(su)度分布對(dui)稱性的嚴(yan)格要求。通(tong)過采用如(ru)圖1所示的(de)在近管壁(bi)處的多點(dian)取壓方法(fa)，均速管流(liu)量計可以(yi)應用于非(fei)對稱性流(liu)速分布管(guan)段的流量(liang)測量，适用(yong)範圍更大(da)，測量精度(du)也有所提(ti)高。因其結(jie)構簡單，安(an)裝🙇‍♀️方便，價(jia)格低和節(jie)能的優‼️點(dian)，現已被廣(guang)⛹🏻‍♀️泛的應用(yong)于冶金、石(shi)化等工業(ye)計量中。
 
　　圖(tu)2所示爲均(jun)速管流最(zui)計檢測杆(gan)的橫截面(mian)，其均壓原(yuan)😍理是湧過(guo)分布幹管(guan)壁附近的(de)多點取壓(ya)孔..将壓強(qiang)引🛀🏻入檢測(ce)杆内部的(de)均壓腔，迎(ying)流面取壓(ya)孔.引人高(gao)壓(沖壓)，側(ce)面📧取壓孔(kong)🏃🏻引入低壓(ya)(靜壓🍓)，引入(ru)的各點壓(ya)強在均壓(ya)腔内平均(jun)後被引🎯壓(ya)管引出。
 
　　均(jun)速管流量(liang)計測量原(yuan)理遵循伯(bo)努利方程(cheng)，設均速管(guan)✍️流量計檢(jian)測杆迎流(liu)取壓孔處(chu)速度爲U,(m/s)，壓(ya)力爲P1(Pa)，檢測(ce)杆側流🧡取(qu)壓孔.處的(de)流速爲U2(m/s)，壓(ya)力爲P2(Pa)，忽略(lue)摩擦阻力(li)，流體高度(du)差等因素(su)，可得到🏃‍♀️:
 
　　其(qi)中流量系(xi)數K由多種(zhong)因素共同(tong)影響，是測(ce)量探頭速(su)度系數、被(bei)㊙️測管道速(su)度分布修(xiu)正系數和(he)管道安裝(zhuang)幹擾系數(shu)三部分的(de)乘積4。其中(zhong)速度系數(shu)可看作流(liu)量計在均(jun)勻流場中(zhong)流速與輸(shu)出差壓之(zhi)間關系的(de)修正;速度(du)分布系數(shu)是管道内(nei)處幹充分(fen)發展流動(dong)時流速分(fen)布對平均(jun)速度測量(liang)影響的修(xiu)正;系數則(ze)是現場安(an)裝條件對(dui)流量測量(liang)影響的修(xiu)正1。流量系(xi)數K的準确(que)與否會直(zhi)接影響流(liu)最測量的(de)精度。工程(cheng)應用時都(dou)是通過實(shi)驗标定作(zuo)爲固定值(zhi)應用于實(shi)際測量。
　　均(jun)速管流量(liang)計取樣具(ju)有實際意(yi)義的前提(ti)是管道内(nei)😘的速度分(fen)布是對稱(cheng)穩定的充(chong)分發展湍(tuan)流，各個🙇‍♀️取(qu)壓孔的速(su)度算數平(ping)均值近似(si)等于管道(dao)截面的平(ping)均速度"，這(zhe)是插入式(shi)均速流🙇🏻量(liang)計的💃測量(liang)精度取👨‍❤️‍👨決(jue)于管道内(nei)流速分布(bu)的特點。--般(ban)而言，完全(quan)對稱的㊙️速(su)度分布是(shi)🌈最理想的(de)，但在應用(yong)過程中受(shou)實際情況(kuang)的限制，并(bing)不能保證(zheng)有足夠😘長(zhang)的直管段(duan)使流動達(da)到充分發(fa)展，在現場(chang)直管段長(zhang)度較短、上(shang)遊又有彎(wan)管阻件導(dao)緻流速🚶‍♀️分(fen)布複雜時(shi)，測量誤差(cha)會較大。
　　爲(wei)了更深人(ren)地了解管(guan)内流速分(fen)布特點對(dui)流量系數(shu)的影響，本(ben)文對處幹(gan)彎管後不(bu)同直管段(duan)位置和不(bu)同流速🚩條(tiao)件🔱下的均(jun)速流量計(ji)内部流場(chang)進行了數(shu)值模拟，并(bing)分析了管(guan)💘内速度分(fen)布對均速(su)管流量計(ji)的測量精(jing)度的影響(xiang)。
1.數值模拟(ni)
1.1物理模型(xing)和數值方(fang)法
　　計算洗(xi)擇檢測杆(gan)有效長度(du)爲200mm的彈頭(tou)狀威力巴(ba)均速管流(liu)量計爲物(wu)理模型;垂(chui)直于管道(dao)中心線、彎(wan)管平面插(cha)入;三對取(qu)壓孔按照(zhao)切比雪夫(fu)法分布[6l;陽(yang)塞比爲8.9%，可(ke)忽略檢測(ce)杆對管道(dao)内♈流速的(de)影響;工作(zuo)介質爲常(chang)溫空氣，密(mi)度爲1.225ke/m3，運動(dong)黏度爲1.7894x10-5;彎(wan)管前直管(guan)段L0=20D，彎管後(hou)直管✂️段長(zhang)度L1=4D~11D，均速💋管(guan)流量計後(hou)直管段長(zhang)度❌爲L2=5D,圖3所(suo)示爲🔞計✍️算(suan)域彎管平(ping)面示意圖(tu)，流速範圍(wei)爲6~30m/s,對應的(de)雷✔️諾數範(fan)圍是0.822x105~4.11x105.
 
　　利用(yong)前處理軟(ruan)件ICEM對計算(suan)區域進行(hang)網格劃分(fen)，采用非均(jun)勻網🈲格，并(bing)對網格進(jin)行優化，檢(jian)測杆内部(bu)空腔🍓采用(yong)較密🔴集的(de)網格，最小(xiao)網格尺寸(cun)爲0.2mm，對靠近(jin)流量☎️計的(de)一-段管道(dao)進行加密(mi)最小網格(ge)尺🏃‍♀️寸爲1mm，以(yi)保證🐆數值(zhi)模拟的精(jing)度圖4是整(zheng)個流場的(de)三維仿真(zhen)模型⭐示意(yi)圖。
 
　　用Fluent流體(ti)力學軟件(jian)進行數值(zhi)模拟，用有(you)限體積法(fa)對控制方(fang)程進行離(li)散，模型選(xuan)用标準k-eDsilon湍(tuan)流模型，近(jin)壁區采用(yong)标✊準壁🧑🏾‍🤝‍🧑🏼面(mian)函數法，入(ru)口條件采(cai)用Velocitv-inlet，出口條(tiao)件采用Pressure-outlet。
1.2控(kong)制方程和(he)湍流模型(xing)
　　求解各個(ge)算例的的(de)流體動力(li)學特性可(ke)以用流體(ti)🎯力學基本(ben)方程14.71.
連續(xu)性方程爲(wei):
 
 
式中，Umax是管(guan)道中心速(su)度，r是管道(dao)内部任意(yi).點距離管(guan)中心的距(ju)離💯，R是管道(dao)半徑，指數(shu)n與雷諾數(shu)Re有關。
1.4仿真(zhen)結果和讨(tao)論
　　在不同(tong)直管段位(wei)置和不同(tong)流速的條(tiao)件下，引用(yong)标準k-ε模型(xing)，模拟得出(chu)了均速管(guan)流量計附(fu)近的速度(du)場和壓力(li)場🌍。
　　圖5所示(shi)是入口流(liu)速爲15m/s的條(tiao)件下，直管(guan)段内充分(fen)發展⛹🏻‍♀️的湍(tuan)流(L0=0，無彎管(guan)附件，L;=20D，L2=5D)的模(mo)拟結果。由(you)速度雲圖(tu)(圖5a)看出💯，在(zai)流量計🌂迎(ying)流面上♈:沒(mei)有開孔.的(de)位置，流速(su)驟然下降(jiang)并接近幹(gan)零，在取壓(ya)孔✔️處的速(su)度雖然有(you)所下降，但(dan)并不爲零(ling)。根據充分(fen)發展湍流(liu)的速度分(fen)布可知，管(guan)中心處的(de)速度最大(da)，檢測杆上(shang)半部的三(san)個取壓孔(kong)的速度分(fen)别爲6.411m/s、2.536m/s、-5.653m/s,提示(shi)總♻️壓腔内(nei)的流體不(bu)是靜止的(de)，流☀️體從中(zhong)心附近的(de)兩個取壓(ya)口流人，從(cong)近壁🔆處的(de)取壓刊.流(liu)出。檢測杆(gan)下半部的(de)✂️三⁉️個取壓(ya)孔的流速(su)分别爲6.497m/s、2.416m/s、-5.624m/s，與(yu)上:半部分(fen)基本對稱(cheng)。壓力雲圖(tu)(圖💋5b)則顯示(shi)了檢測杆(gan)内部壓力(li)的差異。壓(ya)腔内的壓(ya)力是由取(qu)壓孔引人(ren)的壓力🏃🏻平(ping)均之後得(de)到的結果(guo)，總壓腔♌是(shi)正高壓，爲(wei)184.233Pa，靜壓腔是(shi)負低壓，爲(wei)-55.394Pa。
 
　　圖6給出了(le)直管段充(chong)分發展湍(tuan)流條件下(xia)，均速管流(liu)量‼️計前0.25D處(chu)的縱軸截(jie)面上.的速(su)度分布，可(ke)以看出在(zai)此情形下(xia)🐉的湍流流(liu)🥵形是對稱(cheng)的、均勻的(de)。
 
　　對幹受彎(wan)管影響的(de)湍流(Lo=20D，有彎(wan)管附件，L1=4D~11D，L2=5D)的(de)情況，圖7給(gei)出的👌是入(ru)口速度爲(wei)15m/s時均速管(guan)流量計處(chu)幹彎管後(hou)🔅4D位置的模(mo)拟結果的(de)雲圖。從速(su)度雲圖(圖(tu)7c)看出速度(du)分布明🈲顯(xian)不對稱。靠(kao)近管中心(xin)的取壓🐇孔(kong)附近的流(liu)速分别爲(wei)4.005m/s、2.655m/s，3.53m/s、3.715m/s，而靠近管(guan)壁的取壓(ya)孔附近的(de)流速爲-1.123m/s、-1.339m/s;由(you)⛹🏻‍♀️取壓孔引(yin)入的壓力(li)也出現了(le)較大變化(hua)，總壓腔内(nei)壓強爲172.492Pa，靜(jing)壓腔爲--44.958Pa。雲(yun)圖也展示(shi)了速度和(he)壓強的等(deng)值區域受(shou)彎管影響(xiang)而産🥰生的(de)變化。
 
　　處幹(gan)彎管後的(de)均速管流(liu)量計前0.25D處(chu)縱軸截面(mian)上的速㊙️度(du)分布如圖(tu)8所示。縱坐(zuo)标爲縱軸(zhou)截面徑向(xiang)t點的位置(zhi)，橫坐标爲(wei)♈各點的速(su)度，曲線代(dai)表了均速(su)管流♌量計(ji)處于彎管(guan)後不同🌈位(wei)置時測量(liang)的流體的(de)速度分布(bu)。可以很明(ming)顯看出在(zai)彎管下遊(you)有很💃🏻長一(yi)段範圍内(nei)，速度分🔱布(bu)是中間低(di)，兩側高，中(zhong)間的速度(du)逐步增大(da)，到11D處仍♉然(ran)是外側的(de)速度大于(yu)内側的速(su)度，之後再(zai)繼續發展(zhan)。
 
　　表1列出的(de)是根據模(mo)拟的差壓(ya)數據計算(suan)得到的均(jun)速管流量(liang)計的流量(liang)系數K。可以(yi)看出，處幹(gan)彎管後的(de)💃均速🌈管流(liu)量計測得(de)的流量系(xi)數與對稱(cheng)分布的充(chong)分發展👅湍(tuan)流下得到(dao)的流量系(xi)🈚數存在一(yi)-定的偏差(cha)，表明管内(nei)🐆速度分布(bu)的不均勻(yun)性對測量(liang)⛱️精度的影(ying)⛷️響，在實際(ji)應🏃‍♂️用中應(ying)該加以修(xiu)正。
 
　　圖9是不(bu)同流速條(tiao)件下，檢測(ce)杆位于彎(wan)管後4D~11D距離(li)時的✌️流最(zui)系數㊙️的模(mo)拟結果。可(ke)以發現，有(you)彎管影響(xiang)時㊙️的流量(liang)系✂️數均高(gao)于充分發(fa)展湍流情(qing)形下的值(zhi)，這是速度(du)分布的不(bu)對稱性導(dao)緻的結果(guo)。因此，在均(jun)速管流量(liang)計的應用(yong)上，當測量(liang)位🛀🏻置處于(yu)彎管後一(yi)定的距離(li)内，應對流(liu)量系數進(jin)行修正，否(fou)則導緻測(ce)量🥰結果的(de)偏差。
 
2結語(yu)
　　本文對彎(wan)管後不同(tong)直管段位(wei)置和不同(tong)流速下的(de)均速👌管流(liu)量計的流(liu)場進行了(le)三維數值(zhi)模拟，模拟(ni)得出了不(bu)同情況下(xia)檢測杆内(nei)部的流動(dong)情況和管(guan)内速度♻️分(fen)布的不對(dui)稱性對均(jun)🌈速管流量(liang)計測量的(de)影響。得出(chu)🈲了以下結(jie)論:
1)均速管(guan)流量計垂(chui)直安裝幹(gan)彎管平面(mian)後,在彎管(guan)後4D~11D這🤩段距(ju)離内，檢測(ce)杆前縱軸(zhou)截面上的(de)速度呈現(xian)出“中間🔞低(di)，兩邊高”的(de)規律。
2)彎管(guan)引起的管(guan)内速度分(fen)布的不對(dui)稱性對流(liu)量測量精(jing)度的💃影響(xiang)大，建議對(dui)彎管後11D内(nei)安裝的流(liu)量計🔞進行(hang)流量系數(shu)修正。

本文(wen)來源于網(wang)絡,如有侵(qin)權聯系即(ji)删除！