M型流量计的数值模拟与数字化标定.pdf

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1、980化工自动化及仪表第42卷M型流量计的数值模拟与数字化标定崔配配1贾清泉‘刘博2李宝宽1(1．东北大学材料与冶金学院，沈阳110819；2．辽宁聚焦科技有限公司，沈阳110041)摘要应用Fluent数值模拟软件对M型流量计在圆管中的性能进行数值模拟研究。仿真结果表明：M型流量计作为一种新型的差压式流量计，其测量装置系数K的线性度良好，在所计算的4种工况条件下均有良好的稳定性。关键词M型流量计装置系数KFluent数值模拟标定仿真中图分类号TH814文献标识码A文章编号1000-3932(2015)09-0980-05目前

2、，流量测量技术在工业领域中得到了广泛应用。但在非标准流量计的研究中，由于管道或工况复杂，急需一种测量精度高、仪表系数线性度稳定的流量计，因此M型差压式流量计作为一种在稳定性及测量精度等方面表现良好的流量计，成为了应用极为广泛的流量计之一。在此，笔者建立了M型流量计的数学模型，仿真计算了不同管径管道下M型流量计的各压力参数，研究其在复杂管道中的应用情况和稳定性，以提高M型流量计在实际管道应用中的防堵塞性能。1几何结构M型流量计属于差压式流量计的一种。对于差压式流量计，节流件的选取直接影响流量计的性能⋯。M型流量计主要由迎流面和背

3、流面两组取压管道组成(图1)。在装置的上游产生高压区，下游产生负压区，从而产生稳定的压差。取压伞蛹a．迎流面b．侧面r．背流函图1M型流量计的几何结构2数值模拟计算计算介质采用可压缩空气，应用Gambit软件对几何模型进行网格划分，使用基于有限体积方法的Fluent软件进行计算。利用Fluent数值仿真指导流量计的设计与优化已经成为研究流量仪表的一种很好的方法旧o。计算所采取的湍流模型为标准k-8模型，采用Simple算法对压力和速度进行耦合∞J。同时，为了更加贴近实际工况，考虑了粘度及密度等物性的变化。2．1数学模型2．1．

4、1主要控制方程连续性方程为：塑+V·(西)=00t、。’动量方程为：景(西)+X7·(面)=一Vp+V(i)+詹+声能量方程为：詈(庐)+V．[议庐+P)]=V·[kmVT一手鸩+(手。。·；)]+S。2．1．2湍流模型标准k-e湍流模型的鲁棒性非常好，适用于一般情况下的流场模拟，是应用最广泛的湍流模型之一，其包括了涡粘度系数、湍动能及其耗散率等因素，对湍流的长度、尺度和湍流速度进行计算求解，是涡粘性发展起来的最简单和完备的二方程模型Ho。湍动能k和耗散率占的输运方程为：去(川+毒(pku)2茜【(p+；It∥,、lOik】+

5、C‘+Gb+pe—YM+S‘吉c胪，+毒c烨。，2毒【(p+鲁)考】+c·。}cq+C3,G“)一C2,p}+S。湍流粘度求解方程为：收稿日期：2015-07-21(修改稿)第9期崔配配等．M型流量计的数值模拟与数字化标定981”p。竽模型常数C。。=1．44，C2。=1．92，C。=0．09，or^=i．0，or。=1．3。图2网格划分情况分别计算直径为500、600、700、800mm的管道，并且每组分别计算速度口=3i+3，Av=3m／s(i=0，1，2，⋯，9)的工况。2．3结果分析M型流量计为非标准流量计，其测量装置

6、系数K是流量计性能的重要参数㈣，标定测量装置系数K非常重要，其计算式为：式中K——测量装置系数；Ap——压差，Pa；P——流体的密度。通过数值模拟计算，分别读出各组正压P。、负压P：和压差值△p，进而计算出4组不同管径管道在不同速度下的测量装置系数K及其相对误差6(表1—4)。观察其线性度，4组管道的装置系数K的相对误差最大值分别为3．20％、1．17％、2．12％和1．38％，这表明装置系数K在4组管道内均有良好的线性度，完全达到工程应用的要求。表1D=500ram管道在不同速度下的性能参数表2D=600ram管道在不同速度

7、下的性能参数上俘982化工自动化及仪表第42卷表3D=700ram管道在不同速度下的性能参数表4D=800mm管道在不同速度下的性能参数速度正压PPa负压P2Pa压差Ap装置系数xPa相对误差6％6．1955—3．66039．85580．768424．0800一13．970538．05050．782l54．527096．6679150．2760216．0655—31．2141—54．9602—85．0476一121．9984295．0462一165．108685．74ll151．628l235．3236338．0639460．

8、1548383．9188—215．9507599．8695O．78l50．78360．78620．77050．7705O．77l3483．4294—271．9150755．34440．77320．940．84O．761．031．38O．650．660．560．3130604．