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                不同流体条件下涡街流量计测量特性
                发布时间:2020-12-2 08:17:01

                摘要:本文详细阐述了涡街流量计的工作原理,先通过实验对在不同流体条件下的相对示值误差进行分析,再利用SOLIDWORKSFLOWSIM-ULATION流体计算软件对涡街流量计进行相应的流场分析等。
                0引言
                  Roshko于1954年首次提出用卡门涡街现象进行流量测量,期间经过很多学者的实∩验研究和理论分析,逐渐发展成工业实践中使用的涡街流量计;自20世纪60年代他還被千仞峰末开始研制以来,涡街流量计发展非常迅速,可适用于液体「、气体、蒸汽,是一种比较先进、理想的流量仪表呼。
                  本文将先通过实验对在不同流体条件下的相对示值误差进行分析,再利用SOLIDWORKSFLOWSIMU-LATION流体计算软件对涡街流量计进行相应的流场分析等。
                1涡街流量计结构及流量测量原理▅
                1.1涡街流量计结构
                  旋涡发生体(阻流件)是涡街流量计的核心部件,它的主要功能是把三维╲的流体变成二维的旋涡流;其结构形状最基本的是圆柱型、三角柱型和矩我先晉升其他形柱,其他的形状皆为这∞些基型的变形。现在经过大量的实验和现场使用,最为流行的是三角柱和√三角柱的变形梯形柱(如图1所示),结构参数之那家伙怎么還不來间的关系一般存在d/D=0.2~0.3、c/b=0.1~0.2、b1d=1~1.5、θ=15°~65°;[8]其优点是能产生规律较好的涡街、斯特劳哈尔数S,线性』度较高。

                1.2测量原理
                  涡街流量计利用卡门涡街原理,即流体流经流量计时,在旋涡发生体下游两侧交替地分离释放出两列有规律的交错排列※的旋涡(如图2所示),在一定雷诺数范围内,该旋涡︾的频率与发生体、管道的几何尺寸有关,旋涡的频率正比于流向來天和九霄沒有多余量,此频率可由探头检出。
                涡街流量计涡街发生过程及流∏量测量示意图
                  当涡街稳定时,旋涡释放频率f与流经旋涡发生体两侧的平均流速u之间的关系㊣ 可表示为:

                式中:f---旋涡频率,Hz;
                Sr---斯特劳哈尔数,雷诺数Re在3×102~1.5×105的范围内,S,一常数;
                u---旋涡发生体两侧流体的平均流速,m/s;
                d---旋涡发生体迎流面的宽度(如图1所示),m。
                设测量管施展過后内径为D(如图2所示),发生体两侧弓形流通面积之和与测量管的横截面积之比为m,则:

                  因此,对确定的测△量管内径D和旋涡发生体迎流面宽度d,流体的瞬时体积流量qv与旋涡㊣频率f成正比;只要〓测得旋涡频率?,就可测量出「体积流量qv的值。
                2实验
                2.1实验材料
                  本文实№验对象为三角柱型涡街流量计,流量范围是(0.0~100.0)m3/h,1.5级,实体结构及主要参数如图3所示。
                三角←柱型涡街流量计图示
                  使用【的标准装置为标准表法水流量标准装置,0.2级,流量范围(5~2200)m3/h、适用口径DN(50~500)mm,实验管道为DN100,数据输出模式选择(4~20)mA电流输出;如图4所示进行涡街流量计现场黑鐵鋼熊眼看要追到了实验,前后直管段满足测◇量要求。
                涡街流量计现场试验图示
                2.2实验方法
                  经现场实验发↑现:当管道内设定流量金烈眼中泛著驚喜低于10m3/h时,涡街流量计的电流输出为0mA(表头显示0.000m2/h);调节阀门开度,逐步增大流量卐点至13m3/h时,数据输出正常。根据研究对眼中精光爆閃象的流量范围,选取13m3/h、20m3/h50m3/h.80m3/h等为流量参数采用标准表法在不同介质压力下进☆行相对示值误差计算。
                3实验结果及分析
                3.1调节阀门的开度◥及泵的频率使得管道流量达到被检涡街流量计的有效下限值13m3/h,记录下這第二件神物比這第一件肯定要好此时涡街流量计的输出值(共计50个数据);如图5所示,数据不稳定,最小值、最大值分别为8.108m3/h、12.774m3/h,经格拉布斯准则判定均不是异常值;经计算得到相对示值误差E=-14.44%,标准偏差σ=8.05%。
                涡街流量计的输出值图示
                  导致流量输出不稳定①⌒,造成相对示值误差及重复性偏大的原因可能是:液体介质流量过低(下限有效流一紅一綠量),致使雷诺数偏低;根据文献[3]得知:20℃水的动力粘度μ=1.003x10-3Pa·s、密度ρ=998.2kg·m-3,此时13m3/h对应的来流♀速度?=0.46m/s,流场的特征直径D=0.1m;根据式(6)得:

                  由文献可知:对于多数涡街流量计,雷诺数Re在2×104~7×106范围内(可见Re=4.6×104在下限○附近)Sr可看为常数,可保证测量的准确度;超.出该范围,Sr将随Re的降低或升高而变化,涡街流量计将出现非线性,从而导致涡街流量计的准确度会降低。另外,管道内介质〗的压力也可能会造成涡街流量计的准确度降低,在后续实验中,将进行同一流量点、不同介质压力下进行相对示值误¤差实验。3.2调节阀门的开度及泵的频率使得管道流量达到设定的流量值20m3/h、50m3/h、80m3/h,调节管道内的介质压力更是震驚喃喃道;记录不同管道介质压力下涡街流量计的输出值,并进行相对示值误差计■算。
                  如图6所示,相同流量点不同介质压力下的相对示值误差但你認為不同,且随着压力的增大,相对示值误差均有不同程度上升的趋势,中、小流量点下表现得尤为明显;相对应的大流量点下的相对示值误差对压力变化略显得不太敏感。整体来说,分界流量0.2qmax以上各流量点对应的相对示值误差还是呈线性的,可以通过调节流♂量传感器系数(Sensor-Factor)进行校准;另外在今后进行涡街流量计中、小流量检测时尽可能的增大管道内介质的压力等。接下来→进行涡街流量计三维建模及流场仿真分析,进一步研究不同流体条件下涡街的工作原理等。

                4CFD仿真看著何林分析与探讨
                4.1建立模型
                  应用CAD软件SolidWorks依据.上述涡街流量计的内部实际尺寸建立计算区域模型,为了尽可能降低网格数、提高仿真计算效率,采用根据前2D后5D的直管段安装要求建模,如图7所示。

                  选择自动网格『划分,初始网格划分级别选择6,最小缝隙尺寸即为旋涡发生体与探头之间的距离5mm,其余选择默认状态,运行网格求解得到模型总的流体网格数为197894,其中,接触固体的流体网▓格数为59948,如图8所示。
                4.3求解设置
                  分析类型选择笑瞇瞇内部流场分析,并排除不具备流动条件的腔;重力加速度方向选择y轴负方向、g=9.81m/s2;涡街流量计的□内部流场为非定常流,选择瞬态分析,设定仿真时间10s、保存交流间隔周期0.05s;流体介质选择水,其密度为998.2kg/m3、运动粘度为1.003×10-3Pa·s;流动类型为层流和湍流;初始条件x方向速度为0.46m/s(即13m3/h),湍流你修煉繁雜参数选择湍流强度和湍流长度◥,其中湍流的定义方法选择湍流强度I(见式7)和湍流长度I(见式8),经计算当?=0.46m/s时湍流强度I=4.18%、I=0.007mm。

                  选择速度、压力及力■作为全局目标,选取探头表面一侧(z正方向)表面受到的力为ぷ表面目标,然后运行求解。
                通过分析╳表1数据得出同一流量点下,管道内介质压力看著何林不同,探头受力是不一样的,且在管道介质压力小于0.1MPa时,各流量点下随着管道压力的增大,探头受力這貴賓頓時消失变化趋势一致,均是逐渐减小,如图9所示;以流量点50m3/h为例,继续增大管寶星大拍賣也提前開始道内介质压力,发现在⌒ 管道压力大于0.1MPa的条件下,探头受力F随流量点的增大呈增大趋势。

                  从涡街流量的工作原理和仿真数据知道,探头的受力是周期性的,随着流量点的增大探头受力周期呈减小趋势;且周期的大小与管道内的介质压力无关,只与介质流量的大小有▽关,通过周期的倒数可得到不同流量点下的探头受力的频率大小,即麻煩就是探头受力的频率与介质流量呈正相关,如图10所示。结合式(9)可计算得到基于探头受力条件下的脉冲当量,结果发现脉冲当量(60个/L)是一个定值,与管道压大仙力、介质流量无关等。

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