水平式安裝金屬管浮子流量計的仿真與實驗研究

王孟軍

摘 要：通過在水力學(xué)上設(shè)計流體傳感器的方法，實現(xiàn)了在一個適合特殊設(shè)計的水平管上安裝的部分流量場的模擬。第二個模擬模型是創(chuàng)建游戲軟件，使用游戲保障來創(chuàng)建游戲程序，控制力量平衡和計算密度。與數(shù)字模擬和物理實驗的結(jié)果不同，浮動誤差的絕對值為2.01%，數(shù)據(jù)誤差的絕對值為0.70%，這證實了模擬結(jié)果的準確性。與此同時，通過模擬流動性設(shè)備的信息，進一步優(yōu)化了移動機器的結(jié)構(gòu)，并解決了在高水平管道中金屬流動的富流振動問題。

關(guān)鍵詞：金屬管浮子流量計；水平式安裝；數(shù)值仿真；流量傳感器設(shè)計方法；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號：TH814 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0080-02

0 前言

金屬管浮子流量計是一種傳統(tǒng)的變截面流量計，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壓力損失小且穩(wěn)定、可測低流速介質(zhì)等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于測量高溫、高壓及腐蝕性流體介質(zhì)，由其測量原理決定，它一般需豎直安裝.但是，在某些特定的工業(yè)應(yīng)用中，需要使用水平安裝浮子流量計，其測量原理雖與經(jīng)典的豎直型浮子流量計相同，但它卻是一種可以安裝于水平管道的特殊結(jié)構(gòu)的浮子流量計。一般對浮子流量計的經(jīng)典研究是根據(jù)伯努利方程進行的，在推導(dǎo)浮子流量計流量測量公式時忽略了粘性應(yīng)力項，而該項的作用實際上是存在的；傳統(tǒng)流量計的設(shè)計要通過實驗來檢驗和修正設(shè)計圖紙，這樣不僅延長了設(shè)計周期而且增加了設(shè)計成本?；谏鲜鰞牲c原因，在設(shè)計水平式安裝浮子流量計時為了深入了解浮子流量傳感器的工作機理，引入了計算流體力學(xué)，即CFD技術(shù)，對傳感器流場進行數(shù)值模擬，通過對仿真及實驗結(jié)果進行分析來評價初樣設(shè)計，優(yōu)化流量傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使流量傳感器的設(shè)計更加精確，并提高了設(shè)計效率。

1 平面金屬管流量計原理

需要考慮水平的流量計、測量介質(zhì)-20℃，水質(zhì)要求直徑（項目）流量計口徑測量范圍從1到10m3/h，規(guī)模比10：1～0.9，物體50mm期間1.0流量系數(shù)經(jīng)驗值。如圖1所示，水平金屬管狀浮筒截面。

2 數(shù)值模擬

2.1 模型的創(chuàng)建

為了研究水平金屬管狀浮子的特性，當它們到達通量極限時，創(chuàng)建了一個三維流場模型，圖2顯示。

這是一個專門為控制臺設(shè)計的模型。Gambit是一款專門針對CFD的軟件，完全幾何修改。

2.2 模擬計算條件

使用種子模擬數(shù)據(jù)傳感器內(nèi)的動力學(xué)。在一些領(lǐng)域，優(yōu)化計算速度、穩(wěn)定、密度等，有效地解決不同領(lǐng)域復(fù)雜計算問題。MHS文件是flant讀取的網(wǎng)絡(luò)文件。如表1所示，佛羅倫薩的適當計算條件。流體介質(zhì)密度為998g/m3。在zk中，粘度為0.0003pa。比熱4182j/kg更熱。金屬管部分由不銹鋼組成，該不銹鋼定義了Cs21的原始常數(shù)k=0.04。進入速度是平均的。

2.3 精確計算控制

計算精度由浮力平衡控制，由浮力平衡控制。fluent電壓分析提供了fy壓力和調(diào)頻粘度的凈力，以及遵循公式的兩股力量的聯(lián)合力量。

根據(jù)初始設(shè)計草圖可以計算出浮子的重力大小，浮子的受力平衡度為這里設(shè)定當浮子受力平衡度<5%時，認為浮子受力達到平衡，此時停止計算。

3 結(jié)果模擬和實驗室結(jié)果分析

通過改變通量系數(shù)，通過改變這些通量，通過調(diào)整進出口條件，一些調(diào)節(jié)因素形成了力量平衡。一般數(shù)據(jù)傳輸系數(shù)在0.9到1.0之間顯示5個數(shù)據(jù)，包括5組數(shù)據(jù)的邊界值。第5條數(shù)據(jù)分析是壓力場和速度場的分布，旨在平衡浮子之間的關(guān)系。

3.1 分析壓力場

在收集、中子圖和壓力圖等壓力傳感器上的壓力場后，左右輕柱表示壓力從大到小，分析如下：

（1）壓力高于傳感器場以下的壓力。

（2）最大直徑，下游壓力最小。

（3）當最大直徑為負時，電流中的壓力梯度會增加。

（4）內(nèi)置管的垂直基座壓力最大。

（5）最大浮力直徑上和下的壓力差異是保持浮力的主要力。當波動發(fā)生在更廣泛的流中時，壓力下方的不對稱就會發(fā)生。

3.2 快速場分析

在迭代收斂之后，也有類似厚的圖和速度場傳感器陣列。

（1）左邊的柱子顯示了它下降的速度。第一個是電流減慢的速度，第二個是由于電流的變化，特別是渦流，有效地減少了電流的面積，壓縮了液體和墻壁，增加了速度。

（2）外部直線在左下角的速度較慢，主要是因為進入右下角的壓力較低，出口壓力較低，液體流向出口。

（3）對于最小的負切口，回路的速度差別很大。

3.3 仿真過程

該過程需要解釋的幾點如下所示：

（1）因每個模型入口流速的準確值未知，是根據(jù)經(jīng)典流量公式計算的一個假設(shè)的流量，因此仿真最終結(jié)束的判斷依據(jù)為浮子受力平衡的程度，即通過檢查仿真結(jié)果，對浮子進行受力分析，距離受力平衡點誤差小于10%時，認為達到計算精度，仿真計算結(jié)束。當誤差大于10%，首先考慮改進該模型的網(wǎng)格精度，左側(cè)方案1；當網(wǎng)格精度改進到一定程度后誤差仍大于10%，可修正入口條件（主要指入口流速，其余條件可相應(yīng)計算調(diào)整），右側(cè)方案2，直到滿足計算精度。

（2）利用SIMPLE算法計算時，每次計算迭代次數(shù)為500次，當不足500次SIMPLE算法就已經(jīng)達到收斂精度（10-4）時，程序自動結(jié)束，此時可檢查計算結(jié)果；當?shù)螖?shù)大于500次仍未收斂時，停止計算，此時需重新檢查網(wǎng)格狀況和邊界設(shè)定，進行網(wǎng)格的合理剖分和邊界的合理設(shè)定。實踐證明，網(wǎng)格布置的恰當與否會直接影響收斂速度和收斂結(jié)果，不合理的網(wǎng)格布置將導(dǎo)致計算發(fā)散或者結(jié)果不正確。

3.4 物理實驗和結(jié)果分析

為了進一步測試傳感器場模擬的結(jié)果，需要進行物理實驗。根據(jù)藍圖設(shè)計模型，然后再加工，添加工具來顯示流程，并測試標準設(shè)備。在實驗標準表中，標準表選擇電子流量計（濃度為0.2）。

4 DN80水平式金屬管部分傳感器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與仿制

從上述對dn50金屬管的一些三維壓力傳感器的分析可以看出，在物理實驗中，如果有大量的流量，浮游生物流量計的波動也是由傳感器流的變形引起的。在這種量規(guī)下，懸式流量計的振動不那么明顯，流量計工作正常。但是浮流的振動在很大程度上已經(jīng)成為一個問題，尤其是在dn80和更高的流量計上。

浮向右側(cè)的分量速度特別大，是前流場引起的原因，還有流場的因素后由于右側(cè)傳感器的輸出，使流體傾向于向右側(cè)流動。此外，由于直管浮子前的構(gòu)件具有直角彎曲，容易產(chǎn)生二次流，也對浮子構(gòu)件的受力有很大影響。因此，要降低振動，根本的解決辦法是改變傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化流場，使浮子周圍的應(yīng)力降至最低?；谝陨戏治?，針對水平管浮子流量傳感器結(jié)構(gòu)下提出了幾種優(yōu)化方案：

（l）增加整流器，消除或減少渦流的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)流速分布；

（2）將前流場的直管連接改為彎管連接，減少渦流的產(chǎn)生和光滑流體的流動，使傳感器具有相對穩(wěn)定的前流場；

（3）將垂直直管截面延伸到錐管前面，這也使流體流經(jīng)整流器后經(jīng)過較長的適中截面，使流場接近充分發(fā)育的速度分布。

5 大量數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及結(jié)構(gòu)改善后的模擬記錄

正如對上述壓力場的分析所顯示的那樣，氣流不平衡正在縮小，物理實驗產(chǎn)生了由感應(yīng)器流變化引起的巨大波動流量計。此外，在類的直接能見度范圍內(nèi)，翹曲角也存在，這可能導(dǎo)致第二個氣流的產(chǎn)生，并對浮游類的敏感性產(chǎn)生重大影響。因此，降低振動的主要方法是改變傳感器結(jié)構(gòu)系數(shù)，優(yōu)化流動性，最大化浮力和力的區(qū)別。

在結(jié)構(gòu)性改善之后，流動性壓力的分布和浮力流動的平衡得到了改善。在結(jié)構(gòu)改進之后，運動場分布的速度相對均勻，特別是在部件周圍沒有高速，在整流器中使用的整流器使某些商品的電流更加困難。通過物理實驗證明，這幾個優(yōu)化程序可以有效地縮小它們之間的差距，并穩(wěn)定它們。

6 結(jié)語

通過分析上述數(shù)據(jù)，浮游生物引導(dǎo)者可以對41毫米高的熱場進行三維模擬，并獲得設(shè)計所需的氣流上限。這個位置的絕對誤差為2.01%，在傳感器的物理實驗中，通過數(shù)據(jù)刻度和湍流模擬數(shù)據(jù)的模擬值與測量值不同，而模擬誤差的絕對值為0.7%。因此，浮力的平衡也確定了誤差方法模擬計算的精度，從而產(chǎn)生了相對完美的效果。根據(jù)理論分析和實驗研究，這種設(shè)計不僅能進一步理解部分分流量子測量的原理和原理，還能優(yōu)化容量傳感器的設(shè)計，大大提高通量探測的敏感度和精度。

參考文獻

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