基于CFD的固体颗粒对流量计振动管的磨损分析.pdf

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1、第24卷第8期传感技术学报Vo1．24No．82011年8月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSAug．2011AnalysisofSolidParticlesWearFlowmeterVibrationTubeBasedonCFDRENJianxin，ZHANGLijun，XIONGLiang(CollegeofAutomatic，No~hwestPolytechnicalUniversity，Xi’al710072，China)Abstract：Trajectoriesofsolidparticleswhic

2、hflowthroughthevibrationtubeofflowmeterareirregular．Theabrasionoftubeiscausedincollisionofsolidparticleswiththewallofthevibrationtube．Andtheabrasionofthetubewillaffectthelifeoftheflowmeter．TheCFDsoftwarecananalyseandcalculatetheabrasionofvibrationtubebythecollisionofsolidpart

3、iclestrulyandeffectively，andthenpredictthese／Ticelifeofvibrationtube，whichplaysallimportantsignificanceinengineeringpractice．Keywords：solidparticle；vibrationtube；viscosity；CFD；flowmeterEEACC：7210doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2011．08．025基于CFD的固体颗粒对流量计振动管的磨损分析米任建新，张利军，熊亮(西北工业大学自

4、动化学院，西安710072)摘要：流过流量计振动管的固体颗粒的轨迹是不规则的，固体颗粒与流量计振动管内壁发生碰撞，造成了振动管的磨损，限制了流量计的使用寿命。利用CFD流体力学计算软件对管道流体所含固体颗粒对流量计振动管的磨损进行分析与计算，预测流量计的使用寿命，对工程实践有一定的指导意义。关键词：固体颗粒；磨损；粘度；CFD；流量计中图分类号：TH715文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)08-1208-04由于流量计的测量精度受温度、压力、密度和粘是由于固体颗粒撞击管道壁使得管道材料发生点蚀，度效应等因素影响小，可测量多种介

5、质、测量精度高固体颗粒与管道壁之间的摩擦力移除管道壁的材料。的特点，在石油、化工、天然气等领域得到广泛应固体颗粒与管道间的摩擦因素、固体颗粒与被测流体用⋯。流量计测量的流体混合物中多数会存在固的速度、撞击角的大小及固体颗粒大小是影响冲刷磨体或杂质固体颗粒，固体对流量计振动管的冲刷磨损的主要因素。撞击磨损是通过固体颗粒对管道壁的损是一种常见现象，是引起流量计测量精度降低和撞击作用来移除管道材料的。相比之下，撞击磨损的振动管破坏的主要原因之一J。计算流体动力学磨损量远小于冲刷磨损的磨损量。因此，冲刷磨损是(CFD)以连续方程和Navier—Stoke

6、(N—S)方程表流量计振动管磨损的主要因素。示流体流动满足的质量守恒定律、动量守恒定律和磨损率是衡量管道磨损厚度的标准。固体能量守恒定律，仿真管道的冲刷磨损部位和程度，可颗粒与管道壁面的撞击角大小、固体颗粒大小、固体以对管道的工作状态进行预判。颗粒与被测流体的速度是影响磨损率的主要因素。撞击角是固体颗粒撞击管道壁面时的速度方向1管道的磨损机理与撞击点切线方向的夹角。如图1所示。固体颗粒对管道的磨损分为冲刷磨损(或冲击磨损)和撞击磨损两类。固体颗粒以一定的速度和角度(撞击角)与管道壁接触的磨损称为冲刷磨损，冲刷磨损或被定义为：固体表面与含有固体粒子

7、的流体图1撞击角示意图接触作相对运动，固体表面材料发生损耗。冲刷磨损项目来源：国家自然科学基金项目(60974109)收稿日期：201l—O1—14修改日期：2011—05—03第8期任建新，张利军等：基于CFD的固体颗粒对流量计振动管的磨损分析1209图1中，质量为的固体颗粒以与材料表面成形式为角度的速度撞击在材料表面，称O／为撞击角。P+警+apyx+警图中、F分别为固体粒子对材料表面的撞击力和切削力引，假设固体粒子与材料表面的摩擦因子为dvC3pxyP+++警(5)，根据牛顿运动定律得(1)P警=++atg~z+孥式中：FF¨F分别是单位质

8、量流体上的质量力(2)在三个方向上的分量；p是流体内应力张量_7的当F