上游扰流对双锥流量计输出特性的影响

　　双锥流量计是目前新出现的一种新型差压式流量计，较其他传统差压式流量计相比具有压损小，测量重复性较好，结构简单，不易磨损与积污等优点[1-3].在过去的一年里，中国计量学院利用Fluent仿真软件，并结合一定量实流实验对该差压式流量计的两个重要参数———流出系数与可膨胀系数展开了深入的研究：双锥流量计流出系数不仅与雷诺数有关，还与双锥直径比有关，并且在一定的雷诺数范围内可保持基本不变[4];双锥节流件结构的独特性使其可膨胀系数不能套用孔板或是文丘里喷嘴的经验公式，通过数值模拟我们得到了双锥流量计可膨胀系数的理论预测公式，并与其他流量计进行了比较[4].

　　为进一步推广应用双锥流量计，有必要对其安装条件进行研究.本文利用Fluent仿真并辅助以一定量的实流实验，对50mm 管径，双锥直径比β分别为0.5、0.6、0.8的双锥流量计开展了基线与在上游半月型孔板扰流作用下的数值模拟与实验研究，以半月型孔板来模拟非全开闸阀的扰流作用.通过流场分析与相对误差评价指标[5]研究半月型孔板扰流对双锥流量计的性能影响，欲为其安装使用提供参考依据.

　　1　研究方案

　　研究主要从仿真与实验两方面展开，其中以仿真为主.研究内容分为两大类，即基线与在距离双锥上游法兰端面不同直管段处加半月型孔板的测量，其中以基线测量作为参考基准.所谓基线，是指管道内无扰流件存在，双锥流量计上下游都具有足够长的直管段.管道内径50mm，定义为1D.为保证管道内流体为充分发展流，在基线模拟时，上游直管段与下游直管段长度分别为30D和10D.

　　由于受到实验设备与场地的限制，本文无法对各种β的各种直管段都展开实验与模拟进行对比，只能根据现有的条件，对特定的一种直管段进行实流实验，旨在与模拟计算进行有效的对比，确定模拟计算的正确性，提高模拟结果的可靠性，为开展其它大量的模拟计算提供保证.研究方案如表1.

　　表1中“√/√”表示已经进行的“数值模拟/实流实验”，“-/-”表示并未开展的“数值模拟/实流实验”.“D”为管道内径，其中5D 表示在距离双锥上游法兰端面5D 直管段处安装半月型孔板.

　　2　数值模拟

　　2.1　仿真几何模型构建

　　利用 Fluent的前处理软件 Gambit2.4.6建立双锥流量计的三维几何模型，采用四面体非结构化网格，理论上，网格数量越多计算精度就越高，但同时考虑到计算机的配置要求与计算时间，权衡之下，此次模拟网格数量大约为50～80万.