超聲流量計探頭安裝位置對測量影響數(shù)值仿真研究
加入技術(shù)交流群
表1 試驗仿真結(jié)果對比 
受篇幅限制，不對模型、網(wǎng)格建立以及重要參數(shù)的設(shè)置過程進(jìn)行詳細(xì)介紹，只給出最終的模型方案：將整個計算域分成三個部分，前直管段、超聲流量計和后直管段，分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分。其中，前、后直管段采用六面體網(wǎng)格，一方面保證了網(wǎng)格質(zhì)量，另一方面大幅度減少了網(wǎng)格數(shù)量。由于靠近管壁處速度梯度較大，因此對壁面附近網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密，采用邊界層網(wǎng)格，按照FirstRow（第一層網(wǎng)格尺寸）、GrowthFactor（尺寸增長系數(shù)）、Rows（層數(shù)）依次為1、1.1、15進(jìn)行設(shè)置。超聲流量計部分是流量計算的關(guān)鍵區(qū)域，特別是超聲探頭尺寸（直徑12mm）相對管徑（DN500）來說很小，因此采用了設(shè)置增長函數(shù)的四面體網(wǎng)格方案（圖4），以各個探頭為源面網(wǎng)格尺寸由小變大，保證了探頭附近的網(wǎng)格局部加密。最終整個計算域的網(wǎng)格總數(shù)量為700萬左右。湍流模型采用RSM，SIMPLE算法，一階離散格式。邊界條件為均勻速度入口，出流出口，體與體之間連接面采用交接面，介質(zhì)為水，壁面光滑。
圖4 計算域網(wǎng)格剖分圖
以下將對超聲探頭全伸和全縮兩個典型位置的流場及其測量特性進(jìn)行分析，在此之前先對DN50018聲道各聲道的命名進(jìn)行規(guī)定，如圖5所示，流體沿x軸正方向流動。
圖5 18聲道命名規(guī)定
由于超聲流量計上游及下游均為直管段，且沒有阻流件影響，因此管道內(nèi)部流場應(yīng)為軸對稱分布。以下僅給出了v=1.004m/s時最短聲道1和最長聲道5上軸向速度分布圖和聲道截面上軸向速度等值線圖，來說明探頭全伸對流場造成的影響。
由圖6分析，探頭伸入管道內(nèi)部會在探頭下游產(chǎn)生回流（圖6）。對于上游側(cè)的探頭來說，回流正好位于聲道上，因此呈現(xiàn)出負(fù)速度；而對于下游側(cè)的探頭，雖然也有回流存在，但卻不在聲道上，因此不會影響聲道上的速度分布。整體來看，探頭伸入管道造成了聲道上速度分布的嚴(yán)重不對稱（圖7）。聲道1和聲道5對流場的影響趨勢相同，但聲道5探頭伸入管道內(nèi)的長度相對較短，因此對速度分布造成的影響沒有聲道1明顯（圖7b）。需要特別指出，聲道1靠近下游側(cè)的速度分布有一凹陷處（圖7a），這是由于聲道1和聲道10探頭距離較近，聲道1下游側(cè)正好位于聲道1上游探頭的尾跡區(qū)域，造成了兩探頭之間的相互影響。
圖6 聲道截面軸向速度等值線圖
圖7 沿聲道軸向速度分布
評論