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差压式流量计丈量脉动流量体例研讨

来厉: 上海万里长城计量检测考试传统手工艺专题讨论所 编辑:张永胜, 张毅治, 刘彦军 表态年份:2019-06-09 10:40:48
择要:调控脉动活动组织工作内容下差压式客水客用户量计显示模貝,总结出了所经进度双路差压斤斤较劲刹时脉动客客用户量的java算法,并调控FLUENT手机软件对文丘里管路流场结束模仿斤斤较劲,对脉动客水客用户量斤斤较劲体例结束考资格证书。模仿成就标记,单路压力差斤斤较劲脉动客客用户量,为了掉进去客客用户量导数项可引起很大的仗量测量误差,很是大测量误差和能够达到100%;而所经进度双路差压斤斤较劲脉动客客用户量,有没有用消弭客客用户量导数项作用,算例中很是大测量误差越来越低至5%摆设。
 
1弁言
        差压式流量计[1]普通以孔板、文丘里管、喷嘴或别的情势的节省元件构成差压,进而计较流体流量。差压式流量计因为其布局简略、无可动部件等特色而普遍操纵于丈量封锁管道中单相不变流体的流量,经常操纵于丈量氛围、自然气、水等流体的流量。差压式流量计是很是为传统且操纵普遍一种流量丈量装配,该类流量计的精确丈量是以安稳活动为根本,当丈量流体压力、速率随时候呈周期变更景象时,以稳态流的计较体例间接求取脉动流量将因漏掉流量导数项而引发较大丈量偏差[2~4]。而脉动流普遍存在于产业管路中,因为扭转式、来去式或可活动传递装备的操纵,管道中流量节制装备的周期振荡,和流程中工艺装备的特定请求,浩繁身分城市致使流体产生脉动流[5~8]。ISO5167中明白划定差压式流量计不合用于脉动流的丈量。
 
        本文以典范文丘里管[9]为研讨工具,经由进程FLUENT软件[10]对文丘里管在正弦脉动流下的流场停止仿真计较,阐发了单路差压计较脉动流量时由导数项引入的丈量偏差,提出了基于双路差压的脉动流量丈量体例,并操纵仿真成果证实该体例的有用性。
 
2脉动流量计较体例
2.1脉动流现实模子
        在脉动流状况下,假定流体流过节省件为一维活动[11,12],流量计内活动活动方程为:
流量计内活动活动方程
        因为品质流量qm可由式(2)表现,则式(1)可进一步表现为式(3)。
品质流量 qm公式
        式中Ax为x处管道横截面积。
 
        假定节省件下流取压孔处于截面1地位,坐标为x1;下流取压孔处于截面2地位,坐标为x2;在截面1和截面2之间沿流线对式(3)停止积分,可得:
公式4
 
        式中:A1和A2别离是截面1和截面2的截面积;Δp为截面1和截面2之间压差;C为节省件流出系数。
公式5
2.2双路差压流量计较体例
        在现实环境中流量导数项没法肯定,传统的经由进程两截面之间单路差压计较流量的体例没法计较刹时脉动流量,可经由进程丈量两对截面之间双路差压,消弭流量导数项的影响,进而计较刹时脉动流量。在缩短段前后各取2个截面,别离界说为截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ和截面Ⅳ,如图1所示。4截面沿轴向的坐标别离是xⅠ、xⅡ、xⅢ和xⅣ。截面Ⅰ与截面Ⅲ内径不异,截面Ⅱ和截面Ⅳ内径不异,截面Ⅰ和截面Ⅱ之间流出系数为C1,截面Ⅲ和截面Ⅳ之间流出系数为C2。
文丘里管多少模子
        在截面Ⅰ和截面Ⅱ之间,截面Ⅲ和截面Ⅳ之间具备如式(6)和式(7)所示干系。
截面Ⅲ和截面Ⅳ之间公式20200609111509.jpg
        联立式(6)和式(7),消弭流量导数项,可得品质流量与双路差压的函数:
 

质 量流量与双路差压的函数:

 
3、流体仿真考证
3.1多少模子
        本文以文丘里管为工具,操纵FLUENT软件停止流体仿真,取得两对截面间双路压差,对脉动流量计较体例停止考证。图1所示的文丘里管收支口内径D=?30mm,喉径d=?19.5mm,直径比β=0.65,以进口截面中间为坐标原点,截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ和截面Ⅳ这4截面坐标别离是xⅠ=25mm、xⅡ=90mm、xⅢ=46mm和xⅣ=78mm。
 
3.2流体仿真模子
        操纵ICEM软件停止多少建模,疏忽重力身分影响,基于文丘里管内流场轴对称特征,成立二维轴对称多少模子并停止网格分别。文丘里管下流设置10倍长直管段,下流设置5倍直管段。仿真模子壁面设置5层边境层网格,中间地区为三角非布局化网格。
 
        仿真当选用规范k-ε湍流模子,选用液体水作为流体介质。设置下流直管段出口为自在出流前提,直管段及文丘里管壁为运动壁面;下流直管段进口为速率进口,经由进程UDF函数界说,可计较取得进口流速。
 进口流速公式
        式中:qm为刹时品质流量,kg/s;q0=2kg/s为品质流量均匀值;A为脉动幅度;f为脉动频次;t为运转时候,s;Vt为刹时进口速率均匀值,m/s;ρ为流体密度,kg/m3;Ain为下流直管段进口截面积,m2。
 
3.3单路差压流量计较偏差
        由稳态活动下仿真成果,可取得截面Ⅰ和截面Ⅱ之间流出系数C1=0.9815,截面Ⅲ和截面Ⅳ之间流出系数C2=1.007。进一步可取得k1,Ⅰ-Ⅱ=141.75,k2,Ⅰ-Ⅱ=4788.9,k1,Ⅱ-Ⅲ=71.856,k2,Ⅲ-Ⅳ=4549.4。
 
        稳态活动下,品质流量qmc可由式(11)计较:
公式11
        正弦脉动流环境下,流量导数可由式(12)表现,若间接经由进程式(11)计较刹时品质流量引入的导数项偏差经由进程式(13)计较:
算刹时品质流量引入的导数项偏差
        表1所示为7个工况单路差压计较流量偏差数据。此中Ep-max表现偏差上限,En-max表现偏差上限。
单路差压计较流量偏差表
        图2是工况1和工况7单路差压流量偏差曲线。表1中“×”地位和图2(b)中曲线间断处是因为ΔpⅠ-Ⅱ为负值形成。经由进程ΔpⅠ-Ⅱ和ΔpⅢ-Ⅳ计较刹时流量,对应时辰截面Ⅰ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅳ偏差绝对值只要2个时辰相称,其他前者均大于后者。经由进程ΔpⅠ-Ⅱ计较脉动流量偏差上限可达60%,偏差上限很是大可达-100%,乃至差压为负值致使没法计较;经由进程ΔpⅢ-Ⅳ计较脉动流量偏差上限可达34%,偏差上限很是大可达-65%。是以减小k1,可有用下降因为漏掉导数项引入的脉动流量计较偏差。
单路差压流量计较偏差曲线
3.4双路差压流量计较
        基于式(8),操纵ΔpⅠ-Ⅱ和ΔpⅢ-Ⅳ计较刹时脉动流量,表2是双路差压脉动流量偏差数据。图3是工况1和工况7双路差压流量计较偏差曲线。图4是脉动流量计较偏差带散布。
双路差压计量流量偏差数据表
        经由进程双路差压计较脉动流量,可较着下降偏差上限,晋升偏差上限,使得偏差带变窄,在高频次大幅值下特别较着。绝对双路差压计较流量,经由进程ΔpⅠ-Ⅱ计较流量的偏差带宽度很是小,为单路的1/24;经由进程ΔpⅢ-Ⅳ计较流量的偏差带宽度很是小,为单路的1/8。
脉动流量计较偏差散布
4论断
        研讨中针对差压式流量计丈量脉动流量时由导数项引入的计较偏差,提出了接纳双路差压消弭导数项的计较体例,并以文丘里管为研讨工具操纵流体仿真停止考证阐发,取得以下几方面论断:
        1)经由进程单路差压接纳稳态流量公式计较脉动流量,因为漏掉流量导数项份量,形成很大影响,偏差极值可达100%,丈量偏差带笼盖-100%~+60%,乃至因为差压为负值而没法停止计较。
        2)经由进程双路差压成立的微分方程组可有用消弭导数项影响,脉动流量计较偏差极值为4.7%,偏差带散布笼盖-4.7%~0.6%,偏差带较着收拢。
        3)倡议对双路差压计较脉动流量体例在现实和实验方面停止进一步深切研讨,考证该体例的有用性和可行性。
 
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