孔板流量计瞬时孔流系数

  在丈量快速改动的流量时,其转换器的信号处理时刻遍及超越0．２s,需求经过特别规划才干到达必定的要求[5];在测验小流量的瞬时改动时,存在激烈的非线性问题．而在许多场合,孔板流量计能较好地用于瞬态流量的测验．根据CFD技能,经过改动流量﹑直径比﹑孔板厚度和流体介质等,对孔板内部安稳活动进行了研讨．选用CFD技能研讨了方形孔和在丈量湿夭然气时的异同;对锥体流量计的孔流系数进行数值模仿;对周期性动摇的流量流经孔板进行了实验和理论剖析后指出,孔板前后压差呈现非线性,且滞后于流量的改动,称之为“涡惯性”．在丈量流量加快瞬态进程的相关研讨,为了从内流视点提醒压差滞后于流量改动的原因,考妞到选用实验丈量较为困难,文中选用CFD办法别离对稳态和加快进程的孔流系数进行数值猜测,要点剖析孔流系数与活动情况瞬时改变间的联络,为完结选用孔板流量计丈量瞬时流量供给参阅。孔板流量计是一种差压式流量计．关于不可压流体的水平管活动,疏忽管壁摩擦阻力丢失,根据流体的连续性和机械能的彼此转化可得

  1.2模型﹑网格和边界条件图1为孔板流量计的物理模型暗示.根据规范孔板流量计的装置,图1a中,上下流直管段长别离取10D和5D作为安稳直管段.其间上下流管内径D取100mm,孔板厚度δ取3mm.流量从0以安稳加快度添加,如图1b所示;测压点的方位示于图1c.

  为了精确捕捉孔板前后流场的变化情况,首先在壁面邻近区分了边界层网格,边界层第1层厚度为0.1mm,共10层,高度添加因子为1.1;其次,用与孔板等孔径的圆柱面作为分界面,对内部流域进行切开,并对该边界面邻近区分同上的边界层网格,其内部区域选用蝶形网格区分;最终,在边界层设置好的基础上,选用结构化网格生成方法完结其余部分的网格区分.图２给出了孔板邻近的网格散布.以常温情况下液态水作为流体介质,动量﹑湍动能和湍流耗散率方程的离散挑选二阶顶风格局,压力和速度耦合选用SＩMＰLＥ算法,稳态和加快条件下的湍流模型别离采取了Realizablek－ε和RealizableDＥS模型.稳态和加快进程的进口均选用速度进口边界条件,流体加快曲线b,管壁为无滑移壁面边界条件.

  因为流速不断增大,考妞选用变时刻步长的方法以进步迭代进程的经济性,时刻步长△t与时刻t选用式(1)的关系式:

  流场求解软件为Liｎux平台下的Flueｎｔ6．3,选用曙光1800作业站上的8个ＩｎｔelXeoｎ处理器(3．２GHz)进行并行计算,稳态迭代4000次约需２h,瞬态迭代２50个时刻步约需２２h．2成果剖析2.1孔流系数和压降图3给出了孔流系数的数值模仿成果,Realiza-blek－ε模仿的稳态孔流系数C0与ＩSO实验回归曲线％以内,规范k－ε的最大差错达6％[6]．关于流量Q≤0．6m3/h,C0随流量的添加缓慢下降,之后保持在0．63左右．与C0不同的是,C从0开端随流量的增大而增大,并逐步向C0挨近,直至Q≥3．5m3/h后才到达C0的水平．C在时刻上滞后于C0．图4中△p－Q曲线/h时,加快进程孔板前后压降高于平等流量下稳态压降;Q≥3．0m3/h后,瞬态压降才降为稳态水平．

  2.2速度和压力场剖析从内流视点剖析导致第２．1节中C和C0不同的原因,图5和图6别离给出并对比了相同流量下稳态和加快进程中流经孔板前后流体的速度和压力场．关于Q≤3．0m3/h稳态条件,孔板后方一直可观察到一个被拉长的主涡和孔板右上方的小涡,活动的丢失较大,一起标明流场中已构成安稳的活动通道,动能和压能的转化已到达平衡,活动的丢失(长漩涡)也趋于安稳,而且压差随流量的增大而安稳增大．加快进程中孔板后方的漩涡是逐步构成的:小流量时活动较为平稳,流体不断被加快的流体向下流推进,漩涡来不及构成,活动的丢失较小;跟着流量的不断加大,孔板后方渐渐的呈现活动别离(约在Q＞1．1m3/h时);当流量进一步加大,孔板后方呈现了较大的漩涡．加快前期,压力沿整个管道逐步向下流传达,压能传达的间隔较长,没有在短间隔内快速转换为动能．经上述剖析能够以为,导致加快前期C和C0之间差异的内流原因是,漩涡构成的滞后以及加快前期压力能没有在短间隔内悉数转化为动能．跟着流量的增大,孔板后方呈现了显着的漩涡,漩涡中心邻近区域即为低压区．尽管孔流系数和压降的瞬态和稳态值别离彼此挨近,但是因为流体依然处于加快阶段,因而活动情况(漩涡的形状和方位)和压力散布与稳态条件比较,任旧存在较大差异．

  3定论经过CFD技能,完结了稳态和加快流体流经孔板后流场的数值模仿,得到了孔流系数﹑流场和压力的模仿成果,首要归纳为:1)稳态孔流系数C0的数值猜测值与ＩSO实验回归曲线非常挨近,Realizablek－ε比规范k－ε的C0猜测值更挨近ＩSO实验回归曲线)加快进程,C随流量的增大逐步增大并挨近稳态C0;加快前期,压差高于稳态水平,跟着流量的不断增大,瞬态和稳态压差彼此挨近．3)导致加快前期C和C0之间差异的内流原因是,漩涡构成的滞后以及加快前期压力能没有在短间隔内悉数转化为动能．文中内容可为使用孔板流量计丈量瞬时流量供给参阅根据,为流体机械内部非定常活动等特别问题的供给基本保障．往后的作业将环绕流量动摇﹑阶跃和突减等其他瞬态情况．