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    孔板流量計測量時孔流系數的探討

    2018-07-01 14:44:11 clcc 37

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      在流體力學瞬態流動研究過程中,需要對瞬時流量進行測試。當電磁流量計測量快速變化的流量時,轉換器的信號處理時間一般大于0.2s,需要特殊設計才能滿足要求[5]。在測試小流量的瞬時變化時,渦輪流量計具有很強的強度。非線性問題。在許多情況下,孔板流量計可用于瞬態流量測試。

      基于CFD技術,通過改變流量,直徑比,孔板厚度和流體介質,系統地研究了孔板的穩定流動。庫馬爾等人。 [7]使用CFD技術研究濕氣測量中方形和圓形孔板流量計之間的相似性和差異; Singh等人[8]對錐形流量計的孔隙流量系數進行了數值模擬; Washio等人[9]通過實驗和理論分析通過孔板的周期性波動流動的流動,指出孔板前后的壓差呈現非線性并滯后于流量變化,這被稱為“渦流慣性”。

      鑒于目前對孔板流量計流量加速過程沒有相關研究,為了從內部流動角度揭示差壓滯后于流量變化的原因,很難使用測試測量。采用CFD方法對穩態和加速過程中的孔隙流動系數進行數值預測,分析流動狀態下孔隙流動系數與瞬態過渡的關系。這為使用孔板流量計測量瞬時流量提供了參考。

    1、物理模型和數值方法

    1.1、基本理論

      孔板流量計是一種差壓式流量計。對于不可壓縮流體的水平管流,忽略了管壁的摩擦阻力損失,這可以根據流體連續性和機械能的相互轉換來獲得。

    1.2、模型,網格和邊界條件

      圖1顯示了孔板流量計的物理模型。根據標準孔板流量計的安裝情況,在圖1a中,上游和下游直線段的長度分別取10D和5D作為穩定的直線段。上游管和下游管的內徑D取為100mm。板厚δ需要3mm。

      流速從0增加到恒定加速度,如圖1b所示;壓力閥的位置如圖1c所示。

      為了準確捕捉孔板前后的流場變化,首先在壁面附近定義了一個邊界層網格。邊界層第一層的厚度為0.1mm,總共10層,高度增長因子為1.1;其次,使用孔板??椎膱A柱形表面用作內盆的界面將邊界表面附近的邊界層切割為同一邊界層網格,內部區域被蝴蝶網格劃分;最后,基于邊界層設置良好,結構化網格生成方法用于完成網格的其余部分。師。

      圖2顯示了孔板附近的網格分布。液態水作為常溫下的流體介質,選擇二階迎風方式進行動量,湍動能和湍流耗散率方程的離散選擇。壓力和速度耦合由SIMPLE算法選擇。狀態和加速條件下的湍流模型分別為Realizablek-ε和RealizableDES模型。穩態和加速過程的入口采用進口邊界條件,流體加速曲線如圖1b所示,管壁無滑動邊界條件。


    孔板流量計附近三維網格圖

    孔板流量計附近的三維網格圖

      由于流量的增加,考研采取時間步驟來提高迭代過程的經濟性。時間步長Δt和時間t采用等式(1)的關系:


      流場求解軟件在Linux平臺下為Fluent6.3,并且在曙光1800工作站上由8個Intel Xeon處理器(3.2GHz)執行并行計算。穩態迭代4000時間約為2h,250次迭代的瞬態時間約為22h。

    2、結果分析

    2.1、孔流量系數和壓降

      圖3顯示了孔隙流量系數的數值模擬結果。 Realiza-blek-ε和ISO試驗回歸曲線[10]模擬的穩態孔隙流動系數C0的最大誤差在3%以內,達到了標準k-ε的最大誤差。 6%[6]。

      對于流量Q≤0.6m3/ h,C0隨著流量的增加而緩慢下降,然后保持在0.63左右。與C0的差異在于C從0開始并隨流速增加,并逐漸接近C0直到C≥3.5m3/ h。 C及時落后于C0。圖4Δp-Q曲線表明,Q≤3.0m3/ h時,加速過程孔口前后的壓降高于同一流量下的穩態壓降; Q≥3.0m3/ h,瞬態壓降降低至穩態水平。

    2.2、速度和壓力場分析

      從流入角度分析導致2.1節中C和C0之間的差異。圖5和圖6分別示出并比較了在穩定狀態和加速過程中在相同流速下通過孔口之前和之后的流體的速度和壓力場。對于Q≤3。在孔板后面可以觀察到0m3 / h的穩態條件,孔板上右側的細長的主渦流和小的渦流,并且流動損失大。同時表明在流場中形成了穩定的流道,動能和壓力能量的轉化達到平衡,流動損失(長渦)也趨于穩定,壓力隨著流量的增加,差異逐漸增大。

      在加速過程中,孔板后面的旋渦逐漸形成:流量在小流量時相對穩定,流體被加速流體不斷推向下游,不形成渦流,流量損失為小;隨著流量繼續增加,孔板流動分離開始發生在后部(大約Q> 1.1m3 / h);當流量進一步增加時,孔板后面出現大渦流。在加速的早期階段,壓力沿著整個管道逐漸向下游擴散,并且壓力能量傳播很長距離,并且不會在短距離內快速轉換成動能。

      由以上分析可以認為,由加速前的C和C0之間的差異引起的流入是渦流形成的滯后和預加速壓力能量在短距離內不能轉化為動能。

      隨著流量增加,在孔板后面出現明顯的渦流,并且渦流中心附近的區域是低壓區域。盡管孔隙流動系數和壓降的瞬態和穩態值彼此接近,但與穩態條件相比,流動狀態(渦流的形狀和位置)和壓力分布仍然相對較大,因為液體仍處于加速階段區別。


    3、結論

      通過CFD技術實現了穩態和加速流體流過節流孔的數值模擬。得到了孔流量系數,流場和壓力的模擬結果。主要結果總結如下:

    1)穩態孔流量系數C0的數值預測非常接近ISO試驗的回歸曲線,可實現的k-ε比ISO標準回歸曲線更接近于標準k- ε,誤差分別為3%和6%;

    2)在加速過程中,C隨流速的增加逐漸增加,接近穩態C0。在加速初期,壓差高于穩態水平。隨著流量增加,瞬態和穩態壓力差彼此接近。 3)引起加速早期C和C0差異的流入原因是渦旋形成滯后和加速前壓力能量在短距離內不能轉化為動能。本文的內容可為孔板流量計測量瞬時流量提供參考,為研究流體機械內部的非定常流動等特殊問題提供基礎保證。未來的工作將集中在系統和深入研究其他瞬態條件,如流量波動,步驟和突然變化。




    標簽: 孔板流量計

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