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L悬臂型内锥流量计可膨胀系数仿真与实验研究

来源:天津大学学报  作者: 徐英 王磊 崔铭芳 李振林 李刚 张涛

  20 世纪 80 年代中期,美国 McCrometer 公司宣布研制出一种新型节流装置,即内锥流量计,具有压力损失小、前后直管段短、抗脏污、抗扰性能好、信噪比高等优点,目前已在石油、化工、冶金、天然气等许多流量测量领域得到了成功应用.内锥流量计主要有3 种结构类型,即精密测量管式、夹装式、插入式锥.3种类型的结构形式、测量范围、取压方式存在着较大差异.

  与其他经典节流式流量计一样,流出系数与可膨胀系数是内锥流量计 2 个十分重要的参数.长期以来,国内外的研究者,如 Dahlstrom、Stewart 等[1-3],以及国内天津大学的杨会峰和吴经纬[4-5],针对内锥流量计的可膨胀系数进行了大量的实验和仿真的研究,并获得了相应的可膨胀系数经验公式.

  笔者在参考和分析前人研究工作的基础上,对自行设计的 L 悬臂型内锥流量计进行了仿真预测与实流实验研究,给出了可膨胀系数 CFD 预测模型与实验经验公式的新形式.

  1 可膨胀系数计算公式的模型研究

  在进行可压缩流体的流量测量时,公式中流出系数 C 与可膨胀系数 ε 耦合在一起,不能单独确定.实验表明,内锥式一次节流装置的 ε 实际上与管径和雷诺数无关.在给定一次装置和给定等效直径比的条件下,ε 只取决于压力比和等熵指数,且在等效直径比不变的情况下 εC 和 Δp/κp1呈线性关系,即

  

  根据可膨胀系数的物理含义可知,当压力差不存在,即 Δp=0 时,由流体膨胀引起的偏差为 0,这时 ε=1,C=b.因此,εC 和 Δp/κp1线性拟合曲线的延长线与纵轴的交点即为流出系数 C 的值.

  将式(1)两端同时除以 C,有

  

  前面所述都是在同一等效直径比 β 值的条件下得出的结论.根据 2004 年 George 等[6]对内锥流量计的测试数据可知,内锥流量计的流出系数在管道雷诺数大于 20,000 的情况下趋于定值.不同等效直径比的内锥流量计都显示出这样的规律.因此可以将流出系数 C 看作常量.这样,a′必然是 β 的函数,即

  

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标签: 仿真 流体力学 湍流 流量计 责任编辑:admin  时间:2018-02-11  点击:

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