超聲流量計(jì)探頭安裝位置對(duì)測(cè)量影響數(shù)值仿真研究
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表1 試驗(yàn)仿真結(jié)果對(duì)比 
受篇幅限制，不對(duì)模型、網(wǎng)格建立以及重要參數(shù)的設(shè)置過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹，只給出最終的模型方案：將整個(gè)計(jì)算域分成三個(gè)部分，前直管段、超聲流量計(jì)和后直管段，分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分。其中，前、后直管段采用六面體網(wǎng)格，一方面保證了網(wǎng)格質(zhì)量，另一方面大幅度減少了網(wǎng)格數(shù)量。由于靠近管壁處速度梯度較大，因此對(duì)壁面附近網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密，采用邊界層網(wǎng)格，按照FirstRow（第一層網(wǎng)格尺寸）、GrowthFactor（尺寸增長(zhǎng)系數(shù)）、Rows（層數(shù)）依次為1、1.1、15進(jìn)行設(shè)置。超聲流量計(jì)部分是流量計(jì)算的關(guān)鍵區(qū)域，特別是超聲探頭尺寸（直徑12mm）相對(duì)管徑（DN500）來(lái)說(shuō)很小，因此采用了設(shè)置增長(zhǎng)函數(shù)的四面體網(wǎng)格方案（圖4），以各個(gè)探頭為源面網(wǎng)格尺寸由小變大，保證了探頭附近的網(wǎng)格局部加密。最終整個(gè)計(jì)算域的網(wǎng)格總數(shù)量為700萬(wàn)左右。湍流模型采用RSM，SIMPLE算法，一階離散格式。邊界條件為均勻速度入口，出流出口，體與體之間連接面采用交接面，介質(zhì)為水，壁面光滑。
圖4 計(jì)算域網(wǎng)格剖分圖
以下將對(duì)超聲探頭全伸和全縮兩個(gè)典型位置的流場(chǎng)及其測(cè)量特性進(jìn)行分析，在此之前先對(duì)DN50018聲道各聲道的命名進(jìn)行規(guī)定，如圖5所示，流體沿x軸正方向流動(dòng)。
圖5 18聲道命名規(guī)定
由于超聲流量計(jì)上游及下游均為直管段，且沒有阻流件影響，因此管道內(nèi)部流場(chǎng)應(yīng)為軸對(duì)稱分布。以下僅給出了v=1.004m/s時(shí)最短聲道1和最長(zhǎng)聲道5上軸向速度分布圖和聲道截面上軸向速度等值線圖，來(lái)說(shuō)明探頭全伸對(duì)流場(chǎng)造成的影響。
由圖6分析，探頭伸入管道內(nèi)部會(huì)在探頭下游產(chǎn)生回流（圖6）。對(duì)于上游側(cè)的探頭來(lái)說(shuō)，回流正好位于聲道上，因此呈現(xiàn)出負(fù)速度；而對(duì)于下游側(cè)的探頭，雖然也有回流存在，但卻不在聲道上，因此不會(huì)影響聲道上的速度分布。整體來(lái)看，探頭伸入管道造成了聲道上速度分布的嚴(yán)重不對(duì)稱（圖7）。聲道1和聲道5對(duì)流場(chǎng)的影響趨勢(shì)相同，但聲道5探頭伸入管道內(nèi)的長(zhǎng)度相對(duì)較短，因此對(duì)速度分布造成的影響沒有聲道1明顯（圖7b）。需要特別指出，聲道1靠近下游側(cè)的速度分布有一凹陷處（圖7a），這是由于聲道1和聲道10探頭距離較近，聲道1下游側(cè)正好位于聲道1上游探頭的尾跡區(qū)域，造成了兩探頭之間的相互影響。
圖6 聲道截面軸向速度等值線圖
圖7 沿聲道軸向速度分布
評(píng)論