文丘利管内外流场的数值计算及实验研究

　　0　前言

　　文丘利管流量测量装置是用来测量锅炉燃烧空气量的重要装置之一[1、2]。其本身结构的优化程度对于测量的精确性有极其重要的影响。应用于电站的风量测量装置,应满足对　　现场的条件要求少,有广泛的适用性、测量准确的条件。例如,对测量装置前压的直管段长度要求不严格,由测量装置本身对风道所造成的压力损失低,对风道流场影响较小。文献〔1〕中,作者从文丘利管本身结构进行了优化研究,提出了文丘利管测量装置的优化结构的关键参数为:β= 0.6,θ1= 20°、θ2= 5°。本文用数值计算的方法来分析文献〔1〕中所提出的优化理论,并用冷态模化实验来进一步验证数值计算的结果。

　　1　流场计算

　　本章旨在应用k-ε二方程紊流模型[3～7]对文丘利管内外流场进行数值计算,分析圆形风道内部及文丘利管内部速度场、压力场的变化规律。从理论上研究当文丘利管放入风道中对风道内部流体流动的影响,以及对测量结果的影响。

　　1.1　文丘利管结构及其在风道中的位置

　　文丘利管结构见图1。

　　文丘利管在圆形风道的位置见图2。

　　1.2　控制方程及数值解法

　　采用Simple算法求解[3],进口速度给定,进口截面上k的值可取来流平均动能的一个百分数0.5%～1.5%。耗散率ε可按μt=cμρK2/ε计算,其中μt按ρuL/μt= 100～1000来确定cμ等于0.09;出口条件按局部单向化处理;中心线是对称线,其上所有变量的法向导数为零;管内固体壁面上Uw= 0,Vw= 0,扩散系统Γ为零;管外壁面采用壁面函数法[3]。计算结果见图3、4、5、6、7、8。

　　2　实验研究

　　2.1　实验系统

　　实验系统图参见图9。

　　2.2　实验内容

　　作者根据理论研究出的优化文丘利管结构参数制作了五种模型,每种模型的结构参数见表1。圆形风道直径为0.6 m,风道内风速0～25 m/s。

　　2.3　实验结果

　　首先通过实验研究可发现理论上优化设计的文丘利管结构参数条件下的模型A获得的压差最高,较别的几组所得的数据更具有稳定性、灵敏度更高。其次五组的实验数据发现,压力损失不大,最大时达到19.6Pa;实验结果见图10、11、12、13.

　　3　讨　论

　　通过实验研究和数值计算可发现如下问题:

　　3.1　文丘利管本身结构的优劣程度,关键在于其扩张段、收缩段设计的优劣程度,而其关键因素又在于收缩比β、收缩角θ1、扩张角θ2的优劣程度。