摘要:爲(wei)了深入研(yan)究渦輪流(liu)量計 的工(gong)作原理,以(yi)改善其精(jing)度通過計(ji)算流體力(li)學的方法(fa)❗對100mm口徑的(de)氣體渦輪(lun)流量計進(jin)行了數值(zhi)模拟,給出(chu)了氣體渦(wo)輪流量計(ji)的速度場(chang)壓力場速(su)度矢量場(chang)及⭕其壓損(sun)。研究了💋不(bu)同流量下(xia)的壓損值(zhi),并通過實(shi)驗進🌈行了(le)比較，結果(guo)表明數值(zhi)仿真與實(shi)驗結果基(ji)本吻合。
0引(yin)言
　　渦輪流(liu)量計是一(yi)種速度式(shi)流量計,近(jin)年來,已在(zai)石油✂️、化工(gong)科研🐇國防(fang)、計量等部(bu)門獲得廣(guang)泛的應用(yong)。渦輪流量(liang)計具有精(jing)度🈚高、重☁️複(fu)性好、壓損(sun)小量程比(bi)大等優點(dian),缺點是易(yi)受流體物(wu)性.的影響(xiang)💔。
　　21世紀以來(lai),由于計算(suan)流體動力(li)學的發展(zhan),許多專業(ye)❌人員1-31嘗試(shi)🍓進行與流(liu)量計的内(nei)部流動.相(xiang)關情況的(de)數值仿真(zhen)🌐研究,也有(you)一些專業(ye)人員對帶(dai)有旋轉機(ji)械的流場(chang)進行數值(zhi)模拟,其中(zhong)有幾位人(ren)員9.13)]開始對(dui)氣體渦輪(lun)流量計 的(de)内部流場(chang)進行數值(zhi)模拟,以便(bian)優化氣體(ti)渦輪流量(liang)🧡計的内部(bu)結構。對用(yong)于天然氣(qi)計量的渦(wo)輪流量計(ji)進行數學(xue)建模并做(zuo)數♌值模拟(ni),将其結果(guo)與流量計(ji)的實際校(xiao)正曲線進(jin)行比較。采(cai)用标準k-ε湍(tuan)流模型對(dui)切線型🍓渦(wo)輪流量計(ji)進行了數(shu)值仿真。由(you)于氣體渦(wo)輪流量計(ji)是一種精(jing)度高的流(liu)量儀表,需(xu)要對内部(bu)流場結構(gou)進行正确(que)的描述🚶。采(cai)用精細的(de)網格先進(jin)的方法和(he)合理的湍(tuan)流模型對(dui)氣體渦輪(lun)流量計的(de)内部流場(chang)進行數♋值(zhi)模拟,以便(bian)優化其内(nei)部結構。
1基(ji)本控制方(fang)程
　　渦輪流(liu)量計的工(gong)作原理:當(dang)流體流過(guo)渦輪流量(liang)計時,在👅流(liu)體的作用(yong)下，葉輪受(shou)力産生旋(xuan)轉。葉輪的(de)轉速與管(guan)道平均💞流(liu)速成正📞比(bi),葉輪轉動(dong)後,周期性(xing)地改變磁(ci)電轉換器(qi)的磁阻值(zhi),檢👨‍❤️‍👨測線圈(quan)❄️中的磁通(tong)随🎯之産生(sheng)周期性變(bian)化😍和周期(qi)性的感應(ying)電♻️勢,即電(dian)脈沖信号(hao),經放🐆大器(qi)放大後,送(song)至顯示儀(yi)表顯示。
根(gen)據動量距(ju)定理可以(yi)列出葉輪(lun)的運動方(fang)程
 
　　式中J一(yi)葉輪的慣(guan)性矩;dω/dt一葉(ye)輪的旋轉(zhuan)加速度;M1一(yi)流體驅動(dong)力矩;M2一黏(nian)性阻力距(ju);M3一軸承摩(mo)擦阻力距(ju);M4一磁阻力(li)距。
該文所(suo)基于的控(kong)制方程爲(wei)黏性、不可(ke)壓的NavierStokes方程(cheng)。湍流通🔴過(guo)♌Realizablek-ε模型進行(hang)封閉。程序(xu)求解框架(jia)爲基于結(jie)構網格的(de)有🔞限體❗積(ji)法求解程(cheng)序。連續性(xing)條件通過(guo)壓力修正(zheng)得到滿足(zu)。動量方程(cheng)湍流方程(cheng)的對流項(xiang)均♍采用二(er)階🤩迎風格(ge)式離散,其(qi)他☔空間導(dao)數均爲二(er)階精度的(de)中心差分(fen)格式離散(san)。
連續性方(fang)程與動量(liang)方程

　　式中(zhong)μ一分子黏(nian)性系數,在(zai)引入湍流(liu)模型後,此(ci)參數可用(yong)有🔅效黏性(xing)系數代替(ti)(μer=μt從,其中片(pian)爲湍流黏(nian)性系數)，
　　Realizablek-ε湍(tuan)流模型爲(wei)目前工程(cheng)上使用最(zui)爲廣泛的(de)湍流模型(xing)之一。采🔅用(yong)的各種流(liu)動包括旋(xuan)轉均勻剪(jian)切流、包含(han)有射流和(he)混合流的(de)自🈲由流動(dong)管道内流(liu)動邊界層(ceng)流動👉和帶(dai)有👉分離的(de)流動等。它(ta)是兩方程(cheng)模型,需要(yao)求解的變(bian)量爲湍動(dong)能k與湍✉️動(dong)能耗散🌐率(lü)ε,它們所🌈滿(man)足的輸運(yun)方程爲
 
　　這(zhe)裏的Ωif是從(cong)角速度爲(wei)ωk的參考系(xi)中觀察.到(dao)的時均轉(zhuan)動速🈲率💋張(zhang)量。
2仿真模(mo)型
　　研究對(dui)象爲氣體(ti)渦輪流量(liang)計。計算時(shi)在進出口(kou)加了十㊙️倍(bei)直徑的直(zhi)管段,目的(de)是爲了使(shi)其流動充(chong)分發展🤟。計(ji)算采用的(de)邊界條件(jian):速度爲進(jin)口,壓力爲(wei)出口,其他(ta)均爲壁面(mian)。并且采用(yong)了Fluent中的MRF模(mo)型,給定葉(ye)輪的旋轉(zhuan)角速度來(lai)進🈚行計算(suan)。在幾何結(jie)構複雜的(de)部👅位采用(yong)非結構化(hua)網格并進(jin)行了加密(mi),目的是爲(wei)了正确地(di)顯示此處(chu)的流場信(xin)息。直管段(duan)部分采用(yong)了結構化(hua)網格,目的(de)是爲了減(jian)少網格的(de)數量,最後(hou)計🈲算總網(wang)格達200萬之(zhi)多。
3仿真結(jie)果及分析(xi)
　　該次數值(zhi)模拟流量(liang)爲650,260,162.5,32m/h的情況(kuang),以下選取(qu)其中兩種(zhong)情況✉️進行(hang)分🌍析。如圖(tu)3和圖4所示(shi),爲流量650m³/h時(shi)的z平面上(shang)的壓力(Pa)和(he)速度(m/s)分布(bu)圖。從圖3可(ke)以明顯看(kan)出渦輪流(liu)量計的⛱️壓(ya)力損失主(zhu)要集中在(zai)前後導流(liu)器和葉輪(lun)⭐部分，而在(zai)其他部位(wei)的壓力損(sun)失很小;速(su)度分布圖(tu)也很好地(di)反映出渦(wo)輪流量計(ji)内部的流(liu)動情況。從(cong)👄流量.162.5m³/h時的(de)壓力(Pa)和速(su)度(m/s)分布圖(tu),如圖5-6所示(shi),可以得到(dao)相同的結(jie)論,兩種流(liu)量下,壓力(li)和速度是(shi)相似的,但(dan)📱大小有所(suo)不同。
 
　　爲了(le)與渦輪流(liu)量計的實(shi)驗壓損值(zhi)進行比較(jiao),按照實驗(yan)🔞值🌈的測🤩量(liang)條件,對實(shi)驗值和計(ji)算值進行(hang)比.較,見表(biao)1所列和圖(tu)7所示,在最(zui)🚶‍♀️大流量點(dian)上,壓損計(ji)算值與實(shi)驗值之差(cha)小于4%。
 
4結束(shu)語
　　該文應(ying)用計算流(liu)體力學的(de)方法研究(jiu)了氣體渦(wo)輪流量計(ji)的内部流(liu)場,得到了(le)不同流量(liang)值下的壓(ya)力損失，并(bing)與實驗👈結(jie)果進行比(bi)較,發現兩(liang)者吻合很(hen)好。通過研(yan)究知道,目(mu)前的計算(suan)方法是合(he)理的,得到(dao)的結果是(shi)可靠的，通(tong)過改變結(jie)構☀️參數進(jin)行計算可(ke)以優化氣(qi)體渦輪流(liu)量計内部(bu)結構。

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