基于上游漸擴(kuò)管安裝條件的內(nèi)錐流量計(jì)性能預(yù)測
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內(nèi)錐流量計(jì)在許多方面表現(xiàn)出比傳統(tǒng)節(jié)流式流量計(jì)更為出色的性能，但內(nèi)錐流量計(jì)尚未標(biāo)準(zhǔn)化，對其安裝條件的研究成了國內(nèi)外討論與關(guān)心的熱點(diǎn)。STEpHEN A.IFFT等人利用實(shí)驗(yàn)方法先后研究了上游單個(gè)90°彎頭與不在同一平面的、前后緊接的雙90°彎頭以及全開和半開閥門對內(nèi)錐流量計(jì)關(guān)鍵參數(shù)的影響；此后，S.N.SiNgH，R.J.W.PETERs先后對內(nèi)錐流量計(jì)的抗流場擾動性能開展了實(shí)驗(yàn)研究；李彥梅等人利用數(shù)值仿真和實(shí)流實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了上游單彎頭和雙彎頭安裝條件對內(nèi)錐流量計(jì)性能的影響。天津大學(xué)的流量實(shí)驗(yàn)室先后對內(nèi)錐量計(jì)流出系數(shù)、可膨脹系數(shù)及濕氣測量等方面展開了研究，并取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)成果。
近年來，國內(nèi)雖然掀起了推廣應(yīng)用內(nèi)錐流量計(jì)的熱潮，但對內(nèi)錐流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、安裝條件未進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定，大多直接沿用美國MCC.公司的產(chǎn)品說明書。針對100MM口徑、β值分別為0.45，0.65，0.85的內(nèi)錐流量計(jì)，開展了在漸擴(kuò)管安裝條件下基線及上游不同直管段長度的仿真研究，并做了一定的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，預(yù)測了上游漸擴(kuò)管安裝條件下的內(nèi)錐流量計(jì)所需的最短直管段長度。
1 建模與研究方案設(shè)計(jì)
1.1 內(nèi)錐流量計(jì)的幾何結(jié)構(gòu)
內(nèi)錐流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。內(nèi)錐體可以看作是兩個(gè)底面積相同的圓臺拼接而成，通過支架固定并與管道同軸，上游直接在管壁取壓，下游采用錐尾取壓方式，錐尾的壓力通過錐體內(nèi)導(dǎo)壓孔和支架中的測量管傳遞到管壁取壓孔。
1 前端取壓口；2 尾部取壓口；3 管壁；4 支架；5 錐體
圖1 內(nèi)錐流量計(jì)幾何結(jié)構(gòu)
對100MM口徑、β值分別對0.45，0.65，0.85的內(nèi)錐流量計(jì)開展在上游漸擴(kuò)管安裝條件下的數(shù)值仿真，然后針對β值為0.65的內(nèi)錐流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流測試，管內(nèi)徑100MM定義為1D。為保證管內(nèi)流體流動為充分發(fā)展的湍流狀態(tài)，物理實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上游直管段100D，仿真實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上游直管段10D。其中，漸擴(kuò)管安裝條件為：DN50的圓型管道經(jīng)過漸擴(kuò)管（長200MM）與DN100的圓型管道相連。設(shè)計(jì)方案如表1。
表1 研究方案設(shè)計(jì)（研究介質(zhì)：常溫水） 
2.1 幾何模型與網(wǎng)格剖分
仿真幾何模型利用Gambit2.2.30軟件建立，采用三維方式建模以保證數(shù)值仿真幾何模型與物理實(shí)驗(yàn)樣機(jī)完全一樣。流量計(jì)主體管段長400MM，在漸擴(kuò)管的前端設(shè)有10D直管段，流量計(jì)后方直管段長10D。為更準(zhǔn)確地獲得錐體附近壓力的變化情況，在網(wǎng)格剖分時(shí)，采用size函數(shù)，對錐體附近的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)密的劃分，而遠(yuǎn)離錐體的上、下游直管段區(qū)域網(wǎng)格逐漸變得稀疏，網(wǎng)格類型為四面體，網(wǎng)格單元數(shù)量約60萬。三維幾何模型與網(wǎng)格剖分如圖2所示。
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