摘(zhai)要:爲(wei)了深(shen)入研(yan)究渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 的工(gong)作原(yuan)理,以(yi)改善(shan)其精(jing)度通(tong)過計(ji)算流(liu)體力(li)學的(de)📱方☁️法(fa)💞對100mm口(kou)❌徑的(de)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計進(jin)行了(le)數值(zhi)模拟(ni),給出(chu)了氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的速(su)度場(chang)壓力(li)場速(su)度矢(shi)量場(chang)及其(qi)壓損(sun)。研究(jiu)了不(bu)同流(liu)量下(xia)的壓(ya)損值(zhi),并通(tong)過實(shi)驗進(jin)行了(le)比較(jiao)，結果(guo)表明(ming)數值(zhi)仿真(zhen)與實(shi)驗結(jie)果基(ji)本吻(wen)合。
0引(yin)言
　　渦(wo)輪流(liu)量計(ji)是一(yi)種速(su)度式(shi)流量(liang)計,近(jin)年來(lai),已在(zai)石油(you)、化👨‍❤️‍👨工(gong)🔞科研(yan)國防(fang)、計量(liang)等部(bu)門獲(huo)得廣(guang)泛的(de)應用(yong)。渦😘輪(lun)流量(liang)計具(ju)有精(jing)度高(gao)、重🆚複(fu)性好(hao)、壓損(sun)小量(liang)程比(bi)大等(deng)優點(dian),缺點(dian)是易(yi)受流(liu)體物(wu)性.的(de)影響(xiang)。
　　21世紀(ji)以來(lai),由于(yu)計算(suan)流體(ti)動力(li)學的(de)發展(zhan),許多(duo)專業(ye)人💃員(yuan)1-31嘗試(shi)‼️進行(hang)與流(liu)量計(ji)的内(nei)部流(liu)動.相(xiang)關情(qing)況的(de)數值(zhi)💋仿真(zhen)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼研究(jiu)⛹🏻‍♀️,也有(you)一些(xie)專業(ye)人員(yuan)對帶(dai)有旋(xuan)轉機(ji)械的(de)流場(chang)進行(hang)數值(zhi)模拟(ni),其中(zhong)🐕有幾(ji)位人(ren)員9.13)]開(kai)始對(dui)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計 的(de)内部(bu)流場(chang)進行(hang)數值(zhi)模拟(ni),以便(bian)優化(hua)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)内部(bu)結構(gou)。對用(yong)于天(tian)然氣(qi)計量(liang)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji)進🧑🏽‍🤝‍🧑🏻行(hang)數學(xue)建模(mo)并做(zuo)數值(zhi)模拟(ni),将其(qi)結果(guo)與流(liu)量計(ji)的實(shi)際校(xiao)正🔞曲(qu)線進(jin)行比(bi)較。采(cai)用标(biao)💃🏻準k-ε湍(tuan)流模(mo)型對(dui)切線(xian)型㊙️渦(wo)輪流(liu)量計(ji)進行(hang)了🌈數(shu)值仿(pang)真☔。由(you)于氣(qi)體♍渦(wo)輪流(liu)量計(ji)是一(yi)種精(jing)度✍️高(gao)的流(liu)量儀(yi)表,需(xu)要對(dui)内部(bu)流場(chang)結構(gou)進🌏行(hang)正确(que)的描(miao)述。采(cai)用精(jing)細的(de)網☀️格(ge)先🈲進(jin)的方(fang)法和(he)合理(li)🌏的湍(tuan)流模(mo)型對(dui)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)内部(bu)流場(chang)進行(hang)數值(zhi)模拟(ni),以便(bian)優化(hua)其🌈内(nei)部結(jie)構💋。
1基(ji)本控(kong)制方(fang)程
　　渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的工(gong)作原(yuan)理:當(dang)流體(ti)流過(guo)渦輪(lun)流量(liang)計時(shi),在流(liu)體的(de)🔴作用(yong)下，葉(ye)輪受(shou)力産(chan)生旋(xuan)轉。葉(ye)輪的(de)轉速(su)與管(guan)道平(ping)均流(liu)速成(cheng)正📐比(bi),葉輪(lun)轉動(dong)後,周(zhou)期性(xing)地改(gai)變磁(ci)電轉(zhuan)換🔴器(qi)的磁(ci)❤️阻值(zhi),檢測(ce)線圈(quan)中的(de)磁通(tong)随之(zhi)産生(sheng)周期(qi)性變(bian)化和(he)周期(qi)性🆚的(de)感應(ying)電勢(shi),即電(dian)脈沖(chong)信号(hao),經放(fang)♉大器(qi)放大(da)後,送(song)至顯(xian)示儀(yi)表顯(xian)示。
根(gen)據動(dong)量距(ju)定理(li)可以(yi)列出(chu)葉輪(lun)的運(yun)動方(fang)程
 
　　式(shi)中J一(yi)葉輪(lun)的慣(guan)性矩(ju);dω/dt一葉(ye)輪的(de)旋轉(zhuan)加速(su)度;M1一(yi)流體(ti)🚶‍♀️驅動(dong)力矩(ju);M2一黏(nian)性阻(zu)力距(ju);M3一軸(zhou)承摩(mo)擦阻(zu)力距(ju);M4一磁(ci)阻力(li)距。
該(gai)文所(suo)基于(yu)的控(kong)制方(fang)程爲(wei)黏性(xing)、不可(ke)壓的(de)NavierStokes方程(cheng)。湍📧流(liu)通過(guo)Realizablek-ε模❄️型(xing)進行(hang)封閉(bi)。程序(xu)求解(jie)框架(jia)爲基(ji)于結(jie)構😘網(wang)格的(de)有限(xian)體積(ji)法求(qiu)解程(cheng)序。連(lian)續性(xing)條件(jian)通過(guo)壓力(li)修正(zheng)得到(dao)滿✨足(zu)。動量(liang)💔方程(cheng)湍流(liu)方程(cheng)的對(dui)流項(xiang)均采(cai)用二(er)階迎(ying)風格(ge)式離(li)散,其(qi)他空(kong)間導(dao)數均(jun)爲二(er)階精(jing)度的(de)中心(xin)差分(fen)格式(shi)離散(san)。
連續(xu)性方(fang)程與(yu)動量(liang)方程(cheng)

　　式中(zhong)μ一分(fen)子黏(nian)性系(xi)數,在(zai)引入(ru)湍流(liu)模型(xing)後,此(ci)參數(shu)可用(yong)有效(xiao)黏⭕性(xing)系數(shu)代替(ti)(μer=μt從,其(qi)中片(pian)爲湍(tuan)流黏(nian)性系(xi)數)，
　　Realizablek-ε湍(tuan)流模(mo)型爲(wei)目前(qian)工程(cheng)上使(shi)用最(zui)爲廣(guang)泛的(de)湍流(liu)模型(xing)🔴之🈚一(yi)。采用(yong)的各(ge)種流(liu)動包(bao)括旋(xuan)轉均(jun)勻剪(jian)切流(liu)、包含(han)有射(she)流和(he)混合(he)流的(de)自✊由(you)流動(dong)管道(dao)内流(liu)動邊(bian)界層(ceng)流動(dong)和帶(dai)有㊙️分(fen)離的(de)☔流動(dong)等。它(ta)是兩(liang)方程(cheng)模型(xing),需要(yao)求解(jie)的變(bian)量爲(wei)湍🔆動(dong)能k與(yu)湍♋動(dong)能耗(hao)散率(lü)ε,它們(men)所滿(man)足的(de)輸運(yun)方程(cheng)爲
 
　　這(zhe)裏的(de)Ωif是從(cong)角速(su)度爲(wei)ωk的參(can)考系(xi)中觀(guan)察.到(dao)的時(shi)均轉(zhuan)動速(su)率張(zhang)量。
2仿(pang)真模(mo)型
　　研(yan)究對(dui)象爲(wei)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計。計(ji)算時(shi)在進(jin)出口(kou)加了(le)十倍(bei)直🌍徑(jing)的直(zhi)管段(duan),目的(de)是爲(wei)了使(shi)其流(liu)動充(chong)分🙇🏻發(fa)展。計(ji)算采(cai)用❓的(de)邊界(jie)條件(jian):速度(du)爲進(jin)口,壓(ya)力爲(wei)出口(kou),其他(ta)均爲(wei)壁面(mian)。并且(qie)采用(yong)了Fluent中(zhong)的MRF模(mo)型,給(gei)定葉(ye)輪的(de)旋轉(zhuan)角速(su)度來(lai)進行(hang)計算(suan)。在幾(ji)何結(jie)構複(fu)雜的(de)部位(wei)采用(yong)非結(jie)構化(hua)網格(ge)并🔴進(jin)行了(le)加密(mi)🆚,目的(de)是爲(wei)了🔴正(zheng)确地(di)顯示(shi)此⭐處(chu)的流(liu)場信(xin)息。直(zhi)管段(duan)部分(fen)采用(yong)了結(jie)構化(hua)網格(ge),目的(de)是爲(wei)了減(jian)少網(wang)格的(de)數量(liang),最後(hou)計算(suan)總網(wang)格達(da)200萬之(zhi)多。
3仿(pang)真結(jie)果及(ji)分析(xi)
　　該次(ci)數值(zhi)模拟(ni)流量(liang)爲650,260,162.5,32m/h的(de)情況(kuang),以下(xia)選取(qu)其中(zhong)兩種(zhong)情況(kuang)進行(hang)🚶‍♀️分析(xi)。如圖(tu)3和圖(tu)4所示(shi),爲流(liu)量650m³/h時(shi)的z平(ping)面上(shang)的壓(ya)力(Pa)和(he)速度(du)(m/s)分布(bu)圖。從(cong)圖3可(ke)以明(ming)顯看(kan)出渦(wo)輪流(liu)㊙️量計(ji)的壓(ya)力損(sun)失主(zhu)要集(ji)中在(zai)前後(hou)導流(liu)器和(he)葉輪(lun)部分(fen)，而在(zai)其他(ta)部位(wei)的壓(ya)力損(sun)✏️失很(hen)小;速(su)度分(fen)布圖(tu)也很(hen)好地(di)反映(ying)出渦(wo)輪流(liu)量計(ji)内部(bu)的流(liu)動情(qing)況。從(cong)流量(liang).162.5m³/h時的(de)壓力(li)(Pa)和速(su)度(m/s)分(fen)布圖(tu),如圖(tu)5-6所示(shi),可以(yi)得到(dao)相同(tong)的結(jie)論,兩(liang)種流(liu)量下(xia),壓力(li)和速(su)度是(shi)相似(si)的,但(dan)大小(xiao)有所(suo)不同(tong)。
 
　　爲了(le)與渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的實(shi)驗壓(ya)損值(zhi)進行(hang)比較(jiao),按照(zhao)實驗(yan)值的(de)測量(liang)條件(jian),對實(shi)驗值(zhi)和計(ji)算值(zhi)進行(hang)比.較(jiao),見表(biao)1所列(lie)和圖(tu)7所示(shi)❌,在最(zui)大流(liu)量點(dian)上,壓(ya)損計(ji)算值(zhi)與實(shi)驗⛱️值(zhi)之差(cha)小于(yu)4%。
 
4結束(shu)語
　　該(gai)文應(ying)用計(ji)算流(liu)體力(li)學的(de)方法(fa)研究(jiu)了氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的内(nei)部流(liu)場,得(de)到了(le)不同(tong)流量(liang)值下(xia)的壓(ya)力損(sun)失，并(bing)與實(shi)驗結(jie)果進(jin)行比(bi)較,發(fa)現兩(liang)者吻(wen)合很(hen)好。通(tong)過研(yan)🏃究知(zhi)道,目(mu)前的(de)計算(suan)方法(fa)是合(he)㊙️理的(de),得到(dao)的🈲結(jie)果是(shi)可🔞靠(kao)的，通(tong)過⁉️改(gai)變結(jie)構💰參(can)數進(jin)行計(ji)算可(ke)以優(you)化氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)内部(bu)結構(gou)。

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