摘要:爲了(le)深入研究(jiū)渦輪流量(liang)計 的工作(zuò)原理,以改(gai)善其精度(du)通過計算(suàn)流體力學(xue)的方法☀️對(duì)100mm口徑的氣(qì)體渦輪流(liú)量計進行(hang)了數值模(mo)拟,給出了(le)氣體渦輪(lun)流量計的(de)速度場壓(yā)力場速度(dù)矢量場及(jí)其壓損。研(yan)究了不同(tong)流量下的(de)壓損值,并(bing)通🍉過實驗(yàn)進✌️行了比(bǐ)較，結果表(biǎo)明🔞數值仿(pang)真與實驗(yàn)結果基本(běn)吻合。
0引言(yan)
　　渦輪流量(liang)計是一種(zhǒng)速度式流(liú)量計,近年(nián)來,已在石(shí)油、化🛀🏻工科(ke)研國防、計(ji)量等部門(mén)獲得廣泛(fàn)的應用。渦(wo)輪流🍓量計(jì)💃具有精度(dù)高、重複性(xìng)好、壓損小(xiao)量程比大(da)💃等優點,缺(que)點是易受(shou)流體物性(xìng).的影響。
　　21世(shì)紀以來,由(yóu)于計算流(liu)體動力學(xué)的發展,許(xǔ)多專業🌏人(ren)員🏃🏻1-31嘗✌️試進(jìn)行與流量(liang)計的内部(bù)流動.相關(guan)情況的數(shu)值仿真研(yan)究,也有一(yī)些專業人(rén)員對帶有(yǒu)旋轉機⭕械(xie)的流❗場進(jìn)行數值模(mó)🚶拟,其中有(you)幾位人員(yuán)9.13)]開始對氣(qi)體渦輪流(liu)量計 的内(nei)部流場進(jìn)行數值模(mo)拟,以便優(yōu)化氣體渦(wō)輪流量計(jì)的⛱️内部結(jie)構。對用于(yu)天然氣計(jì)量的渦輪(lún)流量計進(jin)行數✏️學建(jiàn)✏️模并做數(shù)🔞值模拟,将(jiāng)其結果與(yu)流量計的(de)實際校正(zheng)曲線進行(hang)比較。采用(yong)标準k-ε湍流(liu)模型對切(qie)線型渦輪(lun)流量計進(jìn)行了數值(zhi)仿真。由于(yu)氣體渦輪(lun)流量計🚩是(shì)一種精度(du)高的流量(liang)儀表,需要(yao)對内🏃‍♂️部流(liú)場結構🛀🏻進(jin)行正确的(de)描述。采用(yòng)精細的網(wǎng)🤞格先📞進的(de)方法和合(he)理的湍流(liú)模型對氣(qì)體渦輪流(liu)量計的内(nèi)部流場進(jin)行數☂️值模(mó)拟,以便優(you)化☁️其🏃‍♂️内部(bu)結構。
1基本(ben)控制方程(cheng)
　　渦輪流量(liang)計的工作(zuò)原理:當流(liú)體流過渦(wō)輪流量計(ji)時📞,在流體(ti)的作用下(xià)，葉輪受力(lì)産生旋轉(zhuan)。葉輪的轉(zhuǎn)速與👈管道(dào)平均流速(su)成正比,葉(yè)輪轉動後(hou),周期性地(dì)改變磁🤞電(diàn)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(xing)的感應電(dian)勢,即電脈(mo)✂️沖信号,經(jing)放大器放(fàng)大後,送至(zhì)顯示儀表(biao)顯示。
根據(jù)動量距定(dìng)理可以列(lie)出葉輪的(de)運動方程(cheng)
 
　　式中J一葉(ye)輪的慣性(xìng)矩;dω/dt一葉輪(lun)的旋轉加(jiā)速度;M1一流(liú)體驅動力(li)矩‼️;M2一黏性(xìng)阻力距;M3一(yi)軸承摩擦(cā)阻力距;M4一(yi)🌈磁阻力距(ju)。
該文所基(ji)于的控制(zhì)方程爲黏(nian)性、不可壓(ya)的NavierStokes方程。湍(tuān)流🛀🏻通🔴過Realizablek-ε模(mo)❌型進行封(fēng)閉。程序求(qiú)解框架爲(wèi)基于結構(gòu)網格的有(you)限體積法(fa)求解✂️程序(xu)。連續性條(tiao)件通過壓(yā)力修正得(de)到滿足。動(dòng)量⁉️方程湍(tuan)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(zhong)心😘差分格(gé)式離散。
連(lián)續性方程(cheng)與動量方(fang)程

　　式中μ一(yī)分子黏性(xìng)系數,在引(yin)入湍流模(mo)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(mu)前工程上(shàng)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(you)射流和混(hùn)合流的自(zi)由流動管(guan)道内流動(dòng)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(neng)耗散率ε,它(ta)們所滿足(zú)的輸運方(fang)程爲
 
　　這裏(li)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(dòng)📞速率🏃‍♀️張🍉量(liàng)。
2仿真模型(xing)
　　研究對象(xiang)爲氣體渦(wō)輪流量計(ji)。計算時在(zài)進出口加(jia)了十🛀倍直(zhi)徑的直管(guan)段,目的是(shi)爲了使其(qí)流動充分(fen)發展。計算(suan)采用的邊(bian)界條件:速(su)度爲進口(kou),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(jin)行計算。在(zài)幾何結構(gou)🐇複雜的部(bù)位采用非(fēi)結👄構化網(wǎng)格并進行(hang)了加密,目(mu)的是爲了(le)正确地顯(xian)示此處的(de)流場信息(xī)。直管段部(bù)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(jì)算總網格(ge)達200萬之多(duō)♻️。
3仿真結果(guo)及分析
　　該(gāi)次數值模(mó)拟流量爲(wei)650,260,162.5,32m/h的情況,以(yǐ)下選取其(qí)中兩種👈情(qing)況進行分(fen)析。如圖3和(hé)圖4所示,爲(wei)流量650m³/h時的(de)z平面上的(de)壓力(Pa)和速(sù)度♈(m/s)分布💃圖(tu)。從圖3可以(yi)明顯看出(chū)渦輪流量(liàng)計的壓力(lì)損失主要(yào)集中在⭐前(qián)後導流器(qì)和葉輪部(bù)分，而在其(qí)他部位的(de)壓力損失(shi)很小;速度(dù)分布圖🐆也(ye)很好地反(fan)映出渦輪(lún)流量計内(nei)部的流動(dong)情況。從流(liú)量.162.5m³/h時的壓(yā)力(Pa)和速度(dù)(m/s)分布圖🤞,如(ru)圖5-6所示,可(kě)以得到相(xiang)同的結論(lun),兩種流量(liàng)下,壓力和(he)速度是相(xiàng)似的,但大(dà)小有所不(bú)同。
 
　　爲了與(yǔ)渦輪流量(liang)計的實驗(yàn)壓損值進(jìn)行比較,按(an)照✊實☂️驗值(zhi)的測量條(tiáo)件,對實驗(yàn)值和計算(suan)值進行比(bi).較,見表1所(suǒ)列和圖7所(suǒ)示,在最大(da)流量點上(shang),壓損計算(suan)值與實驗(yan)值之差小(xiao)于4%。
 
4結束語(yǔ)
　　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(chang),得到了不(bu)同流量值(zhi)下的壓力(lì)損失，并與(yǔ)實驗結果(guǒ)進行比較(jiào),發現兩者(zhe)吻合很好(hao)。通過研究(jiu)知道,目前(qián)的計算方(fang)法是合理(lǐ)的,得到的(de)結果是可(kě)靠的，通過(guo)改變結構(gou)參數進行(hang)計算可以(yi)✌️優化氣體(ti)渦輪流量(liàng)計内部結(jie)構。

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