基于水介质的涡街流量计流场仿真-尊龙凯时

摘要:利用计算流体力学数值计算仿真方法，对涡街流量计以水为介质进行了仿真分析，得到一些流场分析结果。 由涡街流量计测量原理可知，只要在流量标准装置上测得仪表系数k,就可以得到流量。
1仿真数学模型与边界条件
1.1仿真数学模型
　　当介质为水时，由雷诺数可知，在装置的整个流量范围内，流量计内部的流动为湍流流动。采用k-ε湍流模型，结合三维不可压缩黏性流体的n-s方程，建立封闭方程组。
　　其中湍流动能k的输运方程和湍流耗散率ε的输运方程分别为
 
　　其中湍流运动黏性系数ʋt与湍流动能产生项p分别为
 
　　式中:u一流体在轴向坐标x的速度;ʋ一流体在径向坐标r下的速度。
　　以上4组方程使用cfd仿真软件进行压力-速度耦合，用有限体积法进行离散处理，压力采用砌体力加权离散格式，动量、湍动能与湍动能耗散率均采用二阶迎风离散格式。
1.2仿真物理模型
　　选择dn50口径的涡街流量计，利用starccm软件建立涡街流量计几何模型并划分网格，涡街流量计发生体横截面网格如图1所示。
 
　　为了提高计算效率,涡街发生体处重点加密,其他区域适当稀疏。由图1可知，涡街发生体所处流场网格均匀加密。通过加密画法，靠近涡街发生体的横截面网格较密，远离涡街发生体而靠近管壁的网格较稀疏。
2.2仿真条件设定
　　目前仿真仅选择不可压缩的水为介质，对于不可压缩流体水密度以实验室测量结果为依据。模型选择rngk-ε双方程湍流模型，该模型可以很好地处理高应变率以及流线弯曲程度较大的流体流动，非常适合具有旋涡脱落现象的涡街流场仿真。
2流场仿真分析
　　影响涡街流量计旋涡频率的是发生体两侧的流速u;和发生体的结构，由于发生体结构尺寸是固定的，因此频率只与u相关，需要观测在相同人口流速u条件下的u变化来得到频率的变化。而速度的变化必然会导致流体密度的变化，因此可观测发生体两侧的密度云图，从而判断可压缩性对涡街流量计流速u,的影响，通过仿真得到不可压缩流体水的静压云图(见图2)、不可压缩流体水的速度云图(见图3)。
 
 
　　为判断是否为充分发展流动，特测量y轴方向的力(见图4、图5) 由图4、图5可知，经过一段时间后流场处于稳定状态。对图5中静压数值进行快速傅立叶变换，得到3种介质下的旋涡脱离频率图(见图6)。
 
　　通过读取图6不可压缩流体水的旋涡脱落频率图最高点的频率，可得到水旋涡脱落频率为340hz。
3结束语
　　利用软件实现了涡街流量计在不可压缩流体水的流场仿真，根据卡门涡街的产生机理，仿真出涡街流量计在不可压缩流体水下的频率值，为下一步进行空气、蒸汽计量打下了坚实的基础。

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