摘要:針對(duì)速度分布的(de)不對稱性對(duì)均速管流量(liang)計 測量精度(dù)影響的問題(ti)，利用計算流(liú)體力學(CFD)軟件(jian)，對均💋速管流(liú)量計的内部(bù)流場進行了(le)3D數值模拟。采(cai)用有限體積(jī)法，引人标👅準(zhun)k-ensilon湍流模型對(dui)控制方程進(jin)行離散和求(qiú)解，得出了均(jun1)速管流量計(jì)在👈彎管後不(bu)同直管段位(wèi)置和不同流(liu)速條件下的(de)流場🌈動力學(xue)參數;利用得(dé)到的差壓模(mó)拟數據計算(suàn)得出流量系(xi)數，并對測量(liang)精🐅度進行了(le)分析。
引言
　　均(jun)速管流量計(ji)是基于皮托(tuō)管流量計發(fā)展起來的一(yi)種新型 差壓(yā)式流量計 ，其(qí)目的是爲了(le)克服皮托管(guǎn)流量計因單(dān)點取樣而🐆對(duì)✌️管内速度分(fen)布對稱性的(de)嚴格要求。通(tong)過采用如圖(tú)1所示的在近(jin)管壁處的㊙️多(duo)點取壓方法(fǎ)，均速管流量(liàng)計可😘以應用(yòng)于非對✌️稱性(xìng)流速分布管(guan)段的流量㊙️測(ce)量，适用範圍(wei)更大，測量精(jīng)度✏️也有所提(ti)高。因其結構(gou)簡單，安裝方(fāng)便，價格低和(he)節能的優點(diǎn)，現已被廣泛(fàn)的應用于冶(ye)金、石化等工(gōng)業計量中。
 
　　圖(tu)2所示爲均速(sù)管流最計檢(jiǎn)測杆的橫截(jie)面，其均壓原(yuán)理是湧過分(fen)布幹管壁附(fù)近的多點取(qǔ)壓孔..将壓👅強(qiáng)引入檢測杆(gan)🔞内部的均壓(yā)腔，迎流面取(qǔ)壓孔.引人高(gāo)壓(沖壓)，側面(mian)取壓孔引入(ru)低壓(靜壓)，引(yǐn)入的各點壓(yā)強在均壓腔(qiāng)内平均後被(bèi)引壓管引出(chu)。
 
　　均速管流量(liàng)計測量原理(lǐ)遵循伯努利(li)方程，設均速(su)管流量計檢(jiǎn)測杆迎流取(qǔ)壓孔處速度(du)爲U,(m/s)，壓力爲P1(Pa)，檢(jiǎn)測杆側流取(qǔ)壓孔.處的流(liu)速爲U2(m/s)，壓力爲(wèi)P2(Pa)，忽略摩擦阻(zǔ)🔞力，流體👄高度(dù)差⚽等因素，可(kě)得到📱:
 
　　其中流(liu)量系數K由多(duō)種因素共同(tóng)影響，是測量(liang)探頭速度系(xì)數、被測管道(dào)速度分布修(xiū)正系數和管(guǎn)道安♉裝幹💜擾(rǎo)系數三部分(fèn)的乘積4。其中(zhong)速度系數可(kě)看作流量計(jì)在均勻流場(chang)中流速與輸(shū)出差壓之間(jiān)關系的修正(zhèng);速度分布系(xi)👄數是管道内(nei)處幹充✉️分發(fā)展流動時流(liu)速分✍️布對平(ping)均速度測量(liàng)影響的修正(zhèng);系數則是現(xiàn)場安裝❄️條件(jiàn)對流量測🔴量(liang)影響的修正(zheng)1。流量💃系數K的(de)準确與否♌會(hui)直接💞影響流(liú)最測量的精(jīng)度。工💁程應用(yòng)時都是通過(guò)⛹🏻‍♀️實驗标定作(zuò)爲固定值應(ying)用于實際測(ce)量。
　　均速管流(liú)量計取樣具(jù)有實際意義(yi)的前提是管(guǎn)道内的速✍️度(du)分布是對稱(cheng)穩定的充分(fèn)發展湍流，各(ge)個🛀取壓孔的(de)速度算數平(ping)均值近似等(děng)于管道截面(mian)的平均速👨‍❤️‍👨度(du)"，這是插入式(shì)均速流量計(ji)的🥰測量精度(dù)取決于管道(dao)内流速分布(bu)的特點。--般而(er)言，完全對稱(chēng)的速度分布(bù)是最理想的(de)，但在應用過(guò)程中受實際(ji)情🐇況的限制(zhì)，并不🍉能保證(zhèng)有足夠長的(de)直管段使流(liu)動達到充分(fen)發展，在現場(chang)直💋管段長度(dù)較短、上遊又(you)有彎管阻件(jian)導緻流速分(fen)布複雜時，測(cè)量誤差會較(jiào)大。
　　爲了更深(shēn)人地了解管(guǎn)内流速分布(bu)特點對流量(liàng)系數🌈的影⛱️響(xiang)㊙️，本文對處幹(gan)彎管後不同(tóng)直管段位置(zhì)和不同流速(su)條件下的均(jun)速流量計内(nei)部流場進行(háng)了數值模拟(nǐ)，并分析了管(guǎn)内速度分布(bù)對均速管流(liu)量計的測量(liang)精度的影🔴響(xiǎng)。
1.數值模拟
1.1物(wu)理模型和數(shù)值方法
　　計算(suan)洗擇檢測杆(gǎn)有效長度爲(wèi)200mm的彈頭狀威(wēi)力巴均速管(guǎn)流量計💋爲物(wù)理模型;垂直(zhi)于管道中心(xīn)線、彎管平面(miàn)插入;三對取(qu)壓孔按照切(qie)比雪夫法分(fèn)布[6l;陽塞比爲(wei)8.9%，可忽略檢測(cè)杆對♌管道内(nei)流速的影響(xiang);工作介💋質爲(wèi)常溫❄️空氣，密(mi)度爲1.225ke/m3，運動黏(nián)🥵度爲1.7894x10-5;彎管前(qián)直管段L0=20D，彎管(guan)後直管段長(zhang)度L1=4D~11D，均速管流(liu)量計後直管(guan)段長度爲L2=5D,圖(tu)3所示爲❗計🏃🏻算(suàn)域彎管平面(miàn)示意圖，流速(sù)範圍爲6~30m/s,對應(yīng)的雷⭕諾數範(fan)圍是0.822x105~4.11x105.
 
　　利用前(qian)處理軟件ICEM對(duì)計算區域進(jìn)行網格劃分(fen)，采用非均勻(yún)網格👨‍❤️‍👨，并對網(wang)格進行優化(huà)，檢測杆内部(bù)空腔采用📞較(jiào)密集的網格(gé)，最小🌈網格尺(chi)寸爲0.2mm，對靠近(jìn)流量計的一(yī)-段管道進行(háng)加密最小網(wǎng)格尺寸爲1mm，以(yǐ)保證數值模(mo)拟👈的精度圖(tú)4是整個流場(chang)的三維仿真(zhen)模型示意圖(tu)。
 
　　用Fluent流體力學(xue)軟件進行數(shù)值模拟，用有(you)限體積法對(duì)💋控制方程進(jin)行離散，模型(xíng)選用标準k-eDsilon湍(tuān)流模型，近壁(bi)區采用标準(zhun)壁面函數法(fa)，入口條件采(cǎi)用Velocitv-inlet，出口條件(jian)采用Pressure-outlet。
1.2控制方(fāng)程和湍流模(mó)型
　　求解各個(gè)算例的的流(liu)體動力學特(te)性可以用流(liú)體力學基本(ben)方程14.71.
連續性(xìng)方程爲:
 
 
式中(zhōng)，Umax是管道中心(xin)速度，r是管道(dao)内部任意.點(diǎn)距離管中心(xin)的距離，R是管(guǎn)道半徑，指數(shù)n與雷諾數Re有(you)關。
1.4仿真結果(guo)和讨論
　　在不(bú)同直管段位(wei)置和不同流(liú)速的條件下(xia)，引用标準k-ε模(mo)型，模拟♈得出(chū)了均速管流(liú)量計附近的(de)速度場和壓(yā)💜力場。
　　圖5所示(shi)是入口流速(su)爲15m/s的條件下(xià)，直管段内充(chong)分發展的湍(tuān)流(L0=0，無🆚彎管附(fu)件，L;=20D，L2=5D)的模拟結(jie)果。由速度雲(yún)圖(圖🤞5a)看出，在(zài)流量計迎流(liú)面上:沒有開(kāi)孔.的位置，流(liu)速驟🔞然下降(jiàng)并接近幹零(líng)，在取壓孔處(chu)的速度雖然(rán)有所下降，但(dàn)并不爲零。根(gēn)據充分發展(zhan)湍流的速度(dù)分布可知，管(guan)中心處的速(sù)度最大，檢測(ce)杆上半部的(de)三個取壓孔(kong)的速度分别(bié)爲6.411m/s、2.536m/s、-5.653m/s,提示總🌈壓(yā)腔内的流體(tǐ)不是靜止的(de)，流體從中心(xin)附近的兩個(gè)取壓口流人(rén)，從近壁處的(de)取壓刊.流出(chu)。檢測杆下半(ban)部的三個取(qu)壓孔的流速(sù)分♋别爲6.497m/s、2.416m/s、-5.624m/s，與上(shàng):半🐉部分基本(ben)對稱。壓力雲(yún)圖(圖5b)則顯示(shì)了檢測杆👅内(nei)部壓力的差(cha)異。壓腔🧡内的(de)壓力是由取(qu)壓孔引人的(de)壓力💔平均之(zhī)後得到的結(jie)果，總😍壓腔是(shì)正高壓，爲184.233Pa，靜(jing)壓腔是負低(di)壓，爲-55.394Pa。
 
　　圖6給出(chu)了直管段充(chōng)分發展湍流(liu)條件下，均速(sù)管流量計前(qián)0.25D處的🤞縱軸截(jie)面上.的速度(dù)分布，可以看(kàn)出在🔞此情形(xing)下的湍流流(liú)形是😘對稱的(de)、均勻的。
 
　　對幹(gàn)受彎管影響(xiang)的湍流(Lo=20D，有彎(wān)管附件，L1=4D~11D，L2=5D)的情(qíng)況，圖7給出的(de)是入口速度(du)爲15m/s時均速管(guan)流量計處幹(gàn)彎管後4D位置(zhì)的模拟結果(guǒ)的雲圖。從速(su)度雲圖(圖7c)看(kàn)出速度🚶‍♀️分布(bu)明顯不對稱(chēng)。靠近管中心(xīn)的取壓孔附(fù)近的流☔速分(fen)别爲4.005m/s、2.655m/s，3.53m/s、3.715m/s，而靠近(jìn)管🏃🏻壁的取壓(ya)孔附近的⛷️流(liú)速爲-1.123m/s、-1.339m/s;由㊙️取壓(ya)孔引入的壓(yā)力也出👣現了(le)較大變化，總(zǒng)壓腔内壓強(qiang)爲172.492Pa，靜壓腔💋爲(wèi)--44.958Pa。雲圖也展示(shi)了速度和壓(ya)強的等值區(qū)域受彎管影(ying)響而産生的(de)變化。
 
　　處幹彎(wān)管後的均速(su)管流量計前(qian)0.25D處縱軸截面(mian)上的速度分(fen)布如圖8所示(shì)。縱坐标爲縱(zòng)軸截面徑向(xiàng)t點的位置，橫(héng)坐标爲各點(diǎn)的速度，曲線(xian)代表了均速(su)管流量計處(chu)于彎管後不(bu)同位置時㊙️測(ce)量的流體的(de)速度分布。可(ke)以很明顯看(kan)出在彎管下(xia)遊有很長一(yī)段範圍内，速(su)度分布是中(zhong)間低，兩側高(gao)，中間的速度(du)逐步增大，到(dào)11D處仍然✉️是外(wài)側的速度大(da)于内側的速(su)度，之🈲後再繼(ji)續☂️發展。
 
　　表1列(lie)出的是根據(ju)模拟的差壓(yā)數據計算得(de)到的均速管(guǎn)❤️流量計的流(liú)量系數K。可以(yǐ)看出，處幹彎(wan)管後的均速(sù)管流量計測(ce)得✔️的流量系(xì)數與對稱分(fèn)布的充分發(fa)展湍流下得(de)到的流量系(xì)數存在一-定(dìng)的偏差☁️，表明(ming)管内速度分(fèn)布🔞的不均勻(yún)性對測量精(jing)度的影響，在(zài)實際應用中(zhōng)應該加以修(xiū)正。
 
　　圖9是不同(tong)流速條件下(xià)，檢測杆位于(yú)彎管後4D~11D距離(li)時的🎯流最⭐系(xi)數的模拟結(jie)果。可以發現(xian)，有彎管影響(xiang)時💯的流⛷️量系(xì)🏃‍♀️數均高于充(chōng)分發展湍流(liú)情形下的值(zhi)，這是速度⭕分(fèn)布的💋不對稱(chēng)性導緻的結(jie)果。因此，在均(jun1)速管流量計(ji)的應用上，當(dang)測量位置處(chù)于彎管後一(yi)定👌的距離内(nei)，應對流量系(xì)數📱進行修正(zheng)，否💞則導緻測(cè)量結果的偏(pian)差。
 
2結語
　　本文(wén)對彎管後不(bú)同直管段位(wei)置和不同流(liu)速下的均速(sù)管流量計的(de)流場進行了(le)三維數值模(mó)拟，模拟得出(chū)了不同情況(kuang)下檢測杆内(nèi)部的流動情(qíng)況和管内速(sù)度分布的不(bu)對稱性對均(jun)⭐速管流量計(ji)測量的⁉️影響(xiǎng)。得出了以下(xià)結論:
1)均速管(guǎn)流量計垂直(zhi)安裝幹彎管(guan)平面後,在彎(wan)管後4D~11D這段距(jù)💘離内，檢測杆(gan)前縱軸截面(mian)上的速度呈(cheng)現出“中間低(di)，兩🈲邊高”的規(gui)律。
2)彎管引起(qi)的管内速度(dù)分布的不對(dui)稱性對流量(liàng)測量精㊙️度😄的(de)影🌂響大，建議(yi)對彎管後11D内(nei)安裝的流量(liang)計👄進行流量(liàng)系數修正。

本(ben)文來源于網(wǎng)絡,如有侵權(quan)聯系即删除(chú)！