垂直螺翼式水表下整流器压损特性的数值模拟

　　水表在流量测量领域中使用量较大、使用面较广,并且是品种规格较为齐全的流量计量仪表.水表在供、(排)水流量计量、水费贸易结算和工业用水过程控制等方面都有着重要的作用,是关系现代生产和人民生活的重要计量工具.其中垂直螺翼式水表是一种较为新型的水表,与普通水表相比具有显著的性能优势,如量程范围宽、始动流量小、灵敏度高、经久耐用等特点.

　　垂直螺翼式水表应用范围日益广泛,一般应用于大型商业用水管路和城市供水系统中.该水表对于大流量具有较为准确的计量特性,由于流量的增大使得水流流过水表后产生的压力损失也较大.当前国家大力提倡节能减排,所以降低水表的压力损失减少输送端的能源消耗,对于能源的节约具有较大意义.对此,我们有必要针对水表的几何结构展开详细的研究来减小水表的压力损失.

　　要减小水表的压力损失,就需要对水表内部每一个部件的几何结构进行细致的研究,掌握其特性,为水表整体的优化提供可靠的依据.目前,对于水表内部流动特性的研究,是建立在实验科学基础之上的;但是,进行大量的反复的实验,研究周期过长,从而延缓了产品的研发进度.作为垂直螺翼式水表内部主要部件之一的下整流器,其特殊的几何结构对于压力损失的产生具有一定的影响,故采用数值模拟的方法对下整流器展开单独研究具有重要意义:可以较快、较好的了解下整流器几何结构的变化而带来的压力损失的影响,根据数值计算的结果,而后展开相关的实验验证,为结构优化提供有效的方案,缩短研发周期,提高研发效率,为开发出高质量的产品提供有效的方法和依据.

　　目前,张东飞等人[123]采用数值模拟的方法对均速管流量计的应用进行了相关的研究,杜正等人[4]采用数值模拟的方法对垂直螺翼式水表的内流场进行了数值计算,姚灵等人[5]对叶轮式水表流量测量的研究提出了一些方法,他们认为采用计算流体力学中的知识,对水表的内流场进行数值模拟,来达到对水表内部流动特性的认识是较为新颖的方法.杜广生[6,7]等人对旋翼式热量表的基表内部流动的特性展开了数值模拟的研究.

　　我们发现采用数值模拟的方法对流量仪表的内部流动展开研究是时下的一个热点.上述文献是对整个流量仪表的内部流动情况进行了数值模拟的研究,并未详细研究仪表的单个零件几何形状对压力损失的影响.为此我们采用数值模拟方法分别研究三种下整流器几何结构附近的流场、压力分布,进而分析其几何结构与压损特性间的关系.

　　1　数理模型和数值求解方法

　　1.1　计算模型的建立