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旋进旋涡流量计优化数值仿真方案

时间:2017/09/07来源:未知

    从第三章的仿真结果中可以清楚地看出,旋进旋涡流量计的压力损失比较大= 17.5超2 / D 4,与流量的平方成正比,流量越大压力损失越大,其流量的下限为lOm3/h。工业生产中,某些情况下不愿意应用旋进旋涡流量计就是因为其压力损失大,所以优化旋进旋涡流量计,降低其压力损失是非常必要的。同时需要注意的是旋进旋涡流量计主要是测量中、低流量的,其量程下限应尽量低。

     优化旋进旋涡流量计方案一:
     根据第二章公式(2、公式(2-4)和公式(2-'7,可以得出:可以看出,压力损失4p和起旋器螺旋叶片的入射角。有关,。越大压力损失幼就越大,故编辑不改变旋进旋涡流量计的主要尺寸,仅将。减小,对旋进旋涡流量计压力损失的变化进行研究。    因为只改变了起旋器螺旋叶片的入射角。(将其减小),所以只重新画了起旋器的几何模型,如图4-1和图4-2所示。按照第三章原旋进旋涡流量计仿真的方法对方案一进行数值仿真,其它参数均不变。
计算公式
     可以看出,压力损失4p和起旋器螺旋叶片的入射角。有关,。越大压力损失幼就越大,故编辑不改变旋进旋涡流量计的主要尺寸,仅将。减小,对旋进旋涡流量计压力损失的变化进行研究。    因为只改变了起旋器螺旋叶片的入射角。(将其减小),所以只重新画了起旋器的几何模型,如图4-1和图4-2所示。按照第三章原旋进旋涡流量计仿真的方法对方案一进行数值仿真,其它参数均不变。
图4-1起旋器模型(原模型)图4-2起旋器模型(方案一)

图4-1起旋器模型(原模型)图4-2起旋器模型(方案一)

    编辑为了研究旋进旋涡流量计的旋涡脉动频率与流量之间的关系和压力损失与流量之间的关系,进行流量采样,流量每间隔10m3/h取一次C lOm3/h,  20m3/h,  30m3/h等)作为采样点,观察旋涡脉动频率的周期和进出口压力的情况,然后统计出旋涡脉动频率与流量之间的关系和压力损失与流量之间的关系。    描述旋涡脉动频率的周期情况,如图4-3所示。
图4-3旋涡脉动频率周期与压电陶瓷处压力关系图
图4-3旋涡脉动频率周期与压电陶瓷处压力关系图
    需要说明的是由于旋进旋涡流量计主要用于测量中、小流量,所以本课题主要关心它的下限。
   由于只改变了起旋器的螺旋叶片,为更直观的说明起旋器的改变对原模型有何影响,本论文给出了FluentApp数值仿真后,用Tecplot后处理App给出的起旋器按方案一修改后与原模型所受压力变化的效果图,如图4-4和图4-5所示。

图4-4原模型压力情况图4-5方案一

图4-4原模型压力情况图4-5方案一
    将各流量值仿真所得到的结果,进行统计分析,从而得出了旋涡脉动频率与流量之间的关系和压力损失与流量之间的关系,如图4-6所示。
(a)旋涡脉动频率与流量的关系                                  图4-6(b)压力损失与流量的关系
(a)旋涡脉动频率与流量的关系                                  图4-6(b)压力损失与流量的关系

    从图4-6  ( a)中可以看出,压力脉动频率与流量之间成线性关系Q二flK(线性拟和后可得相关系数为0. 9979。相应的斜率为K二4.083 ;若计算下限Q=lOm3/h时,结果已经与线性关系有较明显偏离,故方案一使得流量下限升高。    从图4-6 ( b)可以看出,经过修改以后,压力损失与流量之间还是近似二次曲线,其中幼= 9.5超z /D“为估算压力损失的公式(其中密度为1.2041m3/kg,幼的单位:Pa,流量Q的单位:m3/s,可以看出传感器的压力损失大大降低,但从图4-6 ( a)可以看出,传感器量程下限流量也有所提高,这是由于对旋涡发生体修改以后,低流量时产生的旋涡强度过小所导致的结果,故方案一有待改善。
    优化旋进旋涡流量计方案二:
    根据方案一仿真的结果,编辑提出了方案二,即起始阶段旋转较缓(。较小),而末端旋转较为剧烈(。较大),以使得低流量时能够获得足够强度的旋涡流。其几何模型如图4-7所示。
图4-2起旋器模型(方案一)图4-7起旋器模型(方案二)

图4-2起旋器模型(方案一)图4-7起旋器模型(方案二)

    编辑为了研究旋进旋涡流量计的旋涡脉动频率与流量之间的关系和压力损失与流量之间的关系,流量每间隔10m3/h取一次(10m3/h, 20m3/h,30m3/h等),观察旋涡脉动频率的周期和进出口压力的情况,然后统计出旋涡脉动频率与流量之间的关系和压力损失与流量之间的关系。    描述旋涡脉动频率的周期和进出口压力的情况,如图4-8所示。
图4-8旋涡脉动频率周期与压电陶瓷处压力关系图


图4-8旋涡脉动频率周期与压电陶瓷处压力关系图
    由于只改变了起旋器的螺旋叶片,为更直观的说明起旋器的改变对原模型有何影响,本论文给出了FluentApp数值仿真后,用Tecplot后处理App给出的起旋器按方案二修改后与起旋器按方案一修改后所受压力变化的效果图,如图4-9所示。
图4-5方案一图4-9方案二
图4-5方案一图4-9方案二

    图4-5和图4-9中,压力按着颜色赤橙黄绿青蓝的顺序递减,清晰地看出方案二的压力损失要比方案一的大很多。    将各流量值仿真所得到的结果,进行统计分析,利用Tecplot后处理App得出了旋涡脉动频率与流量之间的关系和压力损失与流量之间的关系,如图4-10所示。
(a)旋涡脉动频率与流量的关系(b)压力损失与流量之间的关系图4-10
(a)旋涡脉动频率与流量的关系(b)压力损失与流量之间的关系图4-10
    从图4-10 ( a)中可以看出,旋进旋涡流量传感器的压力脉动频率与流量之间成线性关系Q=flK(线性拟和后可得相关系数为0. 9999。相应的斜率为K二8.521 0    从图4-10 (b)可以看出,经过修改以后,传感器量程下限得到了明显的延伸,几乎可以到达lm3/h,得到很好的向下延伸,此时传感器压力损失与流量之间还是近似二次曲线,其中幼二46超z /D“为估算压力损失的公式(其中密度为1.2041m3/kg,幼的单位:Pa,流量Q的单位:m3/s),这使得压力损失大大增加了,方案二有待进一步完善。

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