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涡街流量计的数值计算研究

来源:中国计量  作者: 周鹏

  一、简介

  涡街流量计的测量原理如图1所示。 在流体管道中插入一定形状的漩涡发生体(阻流体),当流体绕过发生体后,在发生体两侧会交替产生规则的漩涡,这种漩涡称卡门涡街。

  卡门从理论上证明了当两漩涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间的距离L满足公式h/L=0.0281时,非对称的漩涡列就能保持稳定,并能满足如下关系式:

  式中:f———漩涡的发生频率;St———斯特劳哈尔数;U′———漩涡发生体两侧平均流速 ;d———漩涡发生体迎流面宽度;U———被测介质来流的平均速度;D———管道内径;a———漩涡发生体两侧流通面积与管道面积之比;K———流量计的仪表系数,脉冲数/m3。

  在雷诺数Re为6×104~7×106的范围内,St基本保持不变,可以认为是常数,这属于仪表正常工作的范围。 流量Qv和涡街频率f呈线性关系,涡街频率信号不受流体物性和组分变化的影响,即仪表系数仅与漩涡发生体及管道的形状尺寸有关,只要测出f就能求得流量Qv。

  作为初步分析,本文先不考虑涡街流量计的三维效应,对其进行二维数值模拟。

  二、网格与解算设置

  1.网格

  用于数值模拟的网格如图2和图3所示。 在贴近建筑物表面的区域采用四边形贴体网格,壁面首层网格高度保证y+≤1, 且在y+<30范围内垂直于壁面方向的网格点数大于15个。 网格总数为8.3万。管道内径为50mm,迎流面宽度为14mm。

  2.解算设置

  采用二维不可压N-S方程进行定常解算,湍流模型为kε-standard模型, 方程离散采用二阶迎风格式(Sec-ond Order Upwind),压力-速度耦合采用SIMPLE方法。计算域外边界设置为速度入口, 用于指定来流速度、方向和湍流强度,大气参数按标准大气条件设置,来流 风 速 分 别 设 定 为 7m/s、14m/s、21m/s、28m/s、35m/s、42m/s。

  三、数值模拟结果

  1.涡街脱落特性

  图4、图5是入口速度为21m/s时的数值计算结果,图4为漩涡周期脱落的速度流场,图5为漩涡周期脱落的压力流场。

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标签: 流量计 责任编辑:admin  时间:2018-04-14  点击:

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