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          基于上游漸擴管安裝條件的內錐流量計性能預測
          
						
          
				作者：
				時間：2013-11-02
				來源：網絡
				
				
				
				
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          圖2 內錐流量計三維模型及網格剖分（局部）
          將網格文件導入FLUENT6.3.26軟件后，為優(yōu)化網格結構，減少網格數量，提高計算效率，首先將網格類型轉換成六面體，然后利用分離式求解器進行求解，仿真介質為常溫水。入口條件為速度入口和流出出口；流速為0.5～5M/s；并采用標準壁面函數法對近壁區(qū)進行處理，壁面為無滑移條件。 

          2.2 湍流模型與邊界條件 

          對比目前常見的湍流模型，標準k-ε模型在科學研究及工程領域獲得了最廣泛的檢驗與成功應用，但當應用于強旋流、彎曲壁面流動或彎曲流線流動時，會產生一定的失真。楊勝等在對汽車外部流場仿真研究中，比較了spalart-Allmaras-方程模型、標準k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RsM模型的預測結果后，認為RNG k-ε模型的預測性能要強于其余的4種模型。因此研究中采用RNG k-ε模型計算流場，利用有限體積法實現控制方程的離散化，采用sIMPLE算法進行求解。根據GAN等的研究，在仿真時，除壓力項采用二階迎風格式外，其余都利用了QuiCk格式進行離散。亞松弛因子采用FLUENT軟件的默認值，實踐證明其收斂效果比較好，殘差收斂精度設為10-5。計算時選取5個流速點，方向取入口面的法線方向。其中100MM口徑內錐流量計仿真湍流參數如表2所示。 
          表2 100MM口徑內錐流量計仿真湍流參數 
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          湍流參數計算如下： 

          （1）湍動能k求解 
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          式中，uavg為平均速度；I為湍流強度。 

          湍流強度依據經驗公式進行計算 
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          式中，uavg為脈動速度的均方根；ReDH為以管徑為特征尺度計算的雷諾數。 

          （2）湍流耗散率ε的求解 
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          式中，Cμ為湍流模型中指定的經驗常數，一般取0.09；而L為湍流長度尺度，與管道內徑L的關系為l＝0.07L。 

          2.3 計算結果 

          流出系數C是內錐流量計的關鍵參數之一，對于不可壓縮流體，流出系數C定義為內錐流量計中實際流量與理論流量的比值。根據能量守恒定律和質量守恒定律，可以推導出C的計算公式為 
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          式中υ是流動穩(wěn)定的情況下內錐流量計上游管段（即100MM口徑管道）中流體的流速（M/s）；Δｐ為上下游取壓點測得的壓差值（Pa）。該公式使用伯努利方程進行推導，由于流動中會有能量損失，壓力的測量結果也并非為一個平面上的平均壓力，并且在實際內錐流量計中，存在低壓取壓L形立柱的影響，因此，流出系統(tǒng)C往往小于1。 

          通過點表面積分法，對數值仿真計算結果進行后處理，計算錐體上下游的壓力差，并根據公式（4）計算出流出系數。圖3即為3種β值在上游漸擴管安裝條件下流出系數與雷諾數的關系曲線。 
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          圖3 C-Re曲線
          從圖3可見：（1）流出系數與β值有關，且β值越大，流出系數越??；（2）在漸擴管安裝條件下，對于相同的流速，隨著前直管段長度的增加，其C-Re曲線越接近基線數據；（3）漸擴管對流出系數的影響程度與β值有關，其中β值為0.85時影響最強，而β值為0.65時，流出系數變化最小，說明β＝0.65的流出系數較穩(wěn)定，受擴管影響程度較弱。 

          2.4 壓力場分析 

          以β＝0.45，入口流速υ＝0.2M/s為例，提取錐體上游和下游局部壓力場云圖，分析上游不同直管段長度對上、下游壓差的影響。壓力場云圖如圖4～6所示。            
				
            
                
			
							
          
                
			            
                            
              
            
          
		
          
		
          
		
          
		
          
		
          
			
            
				
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          技術專區(qū)
          
      
          
      
          
			
      
           
       

          

   











          
	
          
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