摘要(yao):爲了深入研究渦(wo)輪流量計 的工作(zuo)原理,以改善其精(jing)度通過計算流體(tǐ)力學的♍方🚶‍♀️法對100mm口(kou)徑的氣體渦輪流(liu)量計進行了數值(zhí)模拟,給出了氣體(ti)渦‼️輪流量計的速(su)度場壓力場速度(du)矢量場及其壓損(sǔn)🤞。研究了🥵不同流量(liang)下的壓損值,并通(tōng)過實驗進行了比(bǐ)較，結果表明數值(zhi)仿真與實驗結🤞果(guǒ)基本吻合。
0引言
　　渦(wō)輪流量計是一種(zhǒng)速度式流量計,近(jìn)年來,已在石油、化(hua)工🌂科研國防、計量(liàng)等部門獲得廣泛(fan)的應用。渦輪流量(liang)計具有精度高、重(zhòng)複性好、壓損小量(liàng)程比大等優點,缺(quē)點是易受流體物(wu)性.的影響🙇‍♀️。
　　21世紀以(yǐ)來,由于計算流體(tǐ)動力學的發展,許(xǔ)多專業👄人♈員1-31嘗試(shi)進行與流量計的(de)内部流動.相關情(qíng)況的數值仿真🌍研(yan)究,也有一些❤️專業(ye)人員對帶有旋轉(zhuǎn)機械的流場進行(hang)🐪數值模👈拟,其中有(you)幾位✉️人員9.13)]開始對(duì)氣體渦輪流量計(ji) 的内部流場進行(hang)數值模拟,以便優(you)化氣體渦輪流量(liàng)計的内部結構。對(duì)用于天然氣計量(liàng)的渦輪流量計進(jin)行數學建❄️模并做(zuò)數值模拟,将其結(jié)果與流量計的實(shí)際校正曲線進行(hang)比較。采用标準k-ε湍(tuan)流模型對切線型(xíng)渦輪流量計進行(háng)了數值仿真。由于(yú)氣體渦輪流量計(ji)是一種精度高的(de)流量儀表,需要對(duì)内部流場結構進(jìn)行正确的描述🌈。采(cai)用精細的網格先(xian)進的方法和合理(li)❌的湍流模型對氣(qì)❌體渦輪流量計的(de)📧内部流場進行數(shù)值模拟,以便優化(huà)其❤️内部結構。
1基本(běn)控制方程
　　渦輪流(liú)量計的工作原理(lǐ):當流體流過渦輪(lún)流量計時👨‍❤️‍👨,在流體(tǐ)的作用下，葉輪受(shòu)力産生旋轉。葉輪(lún)的轉🌐速與⛷️管道平(píng)均流速🔴成正☎️比,葉(ye)輪轉動後,周期性(xing)地👣改變磁❄️電轉換(huàn)器的磁阻值,檢測(cè)線圈中的磁通随(sui)之産生周期性變(bian)化和周期性的感(gan)應電勢,即電脈沖(chòng)信号,經放大器放(fàng)大後,送至顯示儀(yi)表顯示。
根據動量(liàng)距定理可以列出(chu)葉輪的運動方程(cheng)
 
　　式中J一葉輪的慣(guan)性矩;dω/dt一葉輪的旋(xuan)轉加速度;M1一流🈲體(ti)驅動🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力矩;M2一黏性(xing)阻力距;M3一軸承摩(mó)擦阻力距;M4一磁阻(zǔ)力距。
該文所基于(yu)的控制方程爲黏(nian)性、不可壓的NavierStokes方程(cheng)。湍流通過Realizablek-ε模‼️型進(jìn)行封閉。程序求解(jie)框架爲基于結構(gou)🌈網格的有限體😍積(ji)法求解程序。連續(xù)性條件通過壓力(li)修正得到滿足。動(dòng)量方程湍流方程(chéng)👅的對流項均采用(yong)二階迎風格式離(lí)散,其他空間導數(shù)均爲二階精度的(de)中心差分格式離(lí)散。
連續性方程與(yǔ)動量方程

　　式中μ一(yī)分子黏性系數,在(zai)引入湍流模型後(hòu),此參數可用有效(xiao)黏性系數代替(μer=μt從(cong),其中片爲湍流黏(nian)性系數)，
　　Realizablek-ε湍流模型(xíng)爲目前工程上使(shǐ)用最爲廣泛的湍(tuān)流模型之一。采用(yong)的各種流動包括(kuo)旋轉均勻剪切流(liu)、包含有射流😍和混(hùn)合流的自由流動(dòng)管道内流動邊界(jie)層流動和帶有🧑🏾‍🤝‍🧑🏼分(fèn)離的流動等。它是(shì)兩方程模型,需要(yao)求解的變量爲湍(tuān)動能k與湍🤞動能耗(hao)散率ε,它們所滿足(zú)的輸運方程爲
 
　　這(zhe)裏的Ωif是從角速度(dù)爲ωk的參考系中觀(guan)察.到的時均轉動(dòng)速率張量。
2仿真模(mó)型
　　研究對象爲氣(qì)體渦輪流量計。計(ji)算時在進出口加(jiā)👨‍❤️‍👨了十倍直徑的直(zhí)管段,目的是爲了(le)使其流動充分發(fa)展🈲。計算采用👄的邊(biān)㊙️界條件:速度爲進(jìn)口,壓力爲出口,其(qi)他均爲壁💚面。并且(qiě)采用了Fluent中的MRF模🥵型(xíng),給定葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度來進行計(jì)算。在⚽幾何結構複(fu)雜的部位采用非(fēi)結構化網格并進(jin)行了加密,目的是(shi)爲了正确地顯示(shì)此處的流場信息(xī)。直管段部分采用(yòng)了結構化網格,目(mù)的是爲了🔴減少網(wang)格的數量,最後計(ji)♌算總網格達200萬之(zhī)多。
3仿真結果及分(fèn)析
　　該次數值模拟(ni)流量爲650,260,162.5,32m/h的情況,以(yǐ)下選取其中兩種(zhǒng)情況進☂️行分析。如(ru)圖3和圖4所示,爲流(liu)量650m³/h時的z平面上的(de)壓力(Pa)和速度(m/s)分布(bu)圖。從圖3可以明顯(xiǎn)看出渦輪流量計(jì)的壓力損失主要(yào)集中在前後導流(liu)器和葉輪部分，而(er)在其他部位的壓(yā)力損失很小;速度(du)分布圖也很好地(dì)反映出渦輪流量(liàng)計内部的流動情(qíng)況。從流量.162.5m³/h時的壓(yā)力(Pa)和速度(m/s)分布圖(tú)💘,如圖5-6所示,可以得(dé)到相同的結⭐論,兩(liang)種流量下🏃🏻,壓力和(hé)速度是相似的,但(dan)大小有所不同。
 
　　爲(wèi)了與渦輪流量計(ji)的實驗壓損值進(jìn)行比較,按照實驗(yàn)值的測🐇量條件,對(dui)實驗值和計算值(zhi)進行比.較,見表1所(suǒ)列和圖7所示,在最(zuì)大流量點上,壓損(sun)計算值🤞與實驗♊值(zhi)之差小于4%。
 
4結束語(yu)
　　該文應用計算流(liú)體力學的方法研(yan)究了氣體渦輪流(liu)量計的内部流場(chǎng),得到了不同流量(liang)值下的壓力損失(shi)，并與💘實驗結果進(jin)行比較,發現兩者(zhe)吻合很好。通過研(yan)究知道,目前的計(jì)算方🤞法是合理的(de),得到的結果是可(ke)💘靠的，通過改變結(jié)構參數進行計算(suan)可以優化氣體渦(wō)輪流量計内部結(jié)構。

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