涡街流量计在汽体与水的仿真剖析

  等多种类型的蒸汽外表，而在很多类型蒸汽外表中，涡街流量计以其结构相比照较简单、丈量规模宽、压损小、丈量时无可动件等优点在蒸汽计量中得到快速的推行和运用。涡街流量计 ( 又称旋涡流量计) 是依据 “卡门涡街”原理研制成的流体振动式流量丈量外表。所谓 “卡门涡街”现象便是在丈量管道活动的流体中刺进一根 ( 或多根) 迎流面为非流线型的旋涡发生体，当雷诺数到达必定值时，从旋涡发生体下流两边替换地别离释放出两串规矩的交织摆放的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街。在必定雷诺数规模内，旋涡的别离频率与旋涡发生体的几许尺度、管道的几许尺度有关，旋涡的频率正比于管道流体流量，并可由各种型式的传感器检出，涡街流量计作业原理如图 1 所示。

  式中: f 为旋涡频率; Sr为斯特劳哈尔数; m 为旋涡发生体两边弓形面积与管道横截面面积之比，不行紧缩流体中，因为流体密度 ρ 不变，由连续性方程可得到 m = U/U1。

  不同介质对涡街流量计功能的影响终究体现在外表系数的差异上，所以本文运用 Fluent 软件树立涡街流量计的几许模型，然后对不同介质下的流场进行仿真剖析，并仿真得到不同介质下的外表系数，终究经过试验验证得到空气和水作为代替介质导致的与蒸汽实流标定得到的外表系的差异。

  为了进步核算功率，涡街发生体处要点加密，其他区域恰当的稀少。从图 2 可以精确的看出，涡街发生体所在流场网格均匀加密。经过加密画法，接近涡街发生体的横截面网格较密，远离涡街发生体而接近管壁的网格较稀少。仿真挑选三种流体原料，分别为空气和蒸汽两种可紧缩流体以及不行紧缩的水，在 Fluent 中空气和蒸汽原料经过设定气体的密度选项来完成。关于不行紧缩流体挑选的密度为常数; 空气介质挑选默许密度 1. 225 kg/m3，其密度设定为理想气体，在迭代核算的过程中，依据气体状态方程压强的改变批改流体的密度; 蒸汽介质的密度依据IF － 97 公式，使用 UDF 编程设置。

  仿真模型挑选 ＲNG k － ε 双方程湍流模型，该模型可以很好地处理高应变率以及流线曲折程度较大的流体活动，很合适具有旋涡掉落现象的涡街流场仿线 流场仿线) 可知，影响涡街流量计旋涡频率的是发生体两边的流速 U1和发生体的结构，因为发生体结构尺度是固定的，因而频率只与 U1相关，需求观测在相同进口流速 U 的条件下 U1改变来得到频率的改变，而速度的改变必然会导致流体密度的改变，因而可观测发生体两边的密度云图，来判别可紧缩性对涡街流量计流速 U1的影响，经过仿线 ( a) 所示的不行紧缩流体发生体两边的密度云图和如图 3 ( b) 所示的可紧缩流体发生体两边的密度云图。

  依据图 3 得到的定论，对涡街流量计进行蒸汽、空气和水三种介质下的软件仿真，设置三种介质的进口流速均为 50 m/s，取涡街发生体迎流面侧棱中点与管壁连线 中线段 ab所示。取该线上的速度值，将蒸汽、空气和水三种介质下的速度曲线所示。

  涡街流量计的计量功能终究反映到外表系数上，涡街流量计两边的旋涡频率决议了外表系数的巨细，图 5 为仿真得到的涡街流量计涡流流场静压云图。从图中可以精确的看出两个显着的掉落旋涡。图中 A 区域静压大，B 区域静压小。静压最小的方位是 C 处，也便是掉落旋涡的涡心方位。检测涡街发生体下流 1D 处的静压改变得到如图 6 所示的静压改变图。

  点的频率，可以取得空气介质的旋涡掉落频率为1 595 Hz，蒸汽介质的旋涡掉落频率为 1 579 Hz，水介质的旋涡掉落频率为1 559 Hz。代入公式 ( 1)不难发现，涡街流量计在相同管道直径相同进口速度的状况下在水介质中得到的外表系数最小、蒸汽次之、空气最大。阐明空气受气体介质的可紧缩性影响大，在发生体两边的密度改变率较蒸汽要大。

  为验证仿真剖析得到的定论，使用负压法音速喷嘴气体流量计量规范设备、蒸汽实流计量规范设备和水流量计量规范设备对该结构类型的涡街流量计进行三种介质的试验研讨，各测验条件参数如表 1 所示。

  使用 Fluent 软件完成了涡街流量计在不同介质下的流场仿真，依据卡门涡街的发生机理，比照剖析了空气、蒸汽和水三种不同介质条件下的流场，仿真依据成果得出跟着可紧缩性的增强，涡街流量计的外表系数随之变大，因而在涡街流量计的初次或许后续检定中尽量选用与工况相同的介质进行标定。