新型质量流量计的仿真模拟与研究

　　1　概述

　　流量测量是工业生产过程、科学实验计量的重要步骤,是能源计量的重要组成部分。它对于保证产品质量,提高生产效率,节约能源都有很重要的作用[1]。目前,测量流量的仪表种类繁多[2、3],但大部分都不能直接测得质量流量,热式气体质量流量计是国际上一种新型流量计,它能够直接测量气体的质量流量[4、5]。国内对热式质量流量计的研究起步较晚,大部分的热式质量流量计都是进口的,价格昂贵,国内产品性能达不到国外同类产品的水平。

　　因此,研究高质量的质量流量计是流体流量测量领域的发展趋势,也是工业生产过程和科学实验计量所企盼的。FLUENT作为世界上较先进的CFD软件,在流体计算中得到了广泛的应用,一些研究者也已经成功地将它用于开发流量计的流场仿真中,在流量计的研究中不仅减少了研究成本和开发周期,而且对流量计的改进具有很好的指导作用。因此,本文在热式质量流量计的基础上研究一种新型的质量流量计,并通过FLUENT软件对其进行仿真研究和指导设计。

　　2　质量流量计的测量原理

　　质量流量计的结构见图1,这种新型的质量流量计是在热式质量流量计的基础上演变而来的,是以管外环境与管内流体之间的温差作为动力。温度传感器6位于流体管道内壁,温度传感器5位于流体管道中心。当流体温度大于环境温度时,热量由流体传递给导热杆,导热杆仅存在着一维轴向导热,再把热量传递给散热器,散热器通过辐射和对流传热将热量传递给周围环境,因此导热杆的上下两端形成温度梯度,从而得出温差和质量流量的函数关系。流量计测得的参数为:插入流体管道中的流体温度传感器5测得的流体温度T1,导热杆下端温度传感器6测得的温度T2,导热杆上端温度传感器2测得的温度T3。用T1、T2、T3表示出待测流体的质量流量qm。反之当环境温度高于流体温度时,流量计的工作过程刚好是相反的,下面推导的质量流量计算式同样适用。

　　导热杆与流体的对流传热量Φ1计算式为:

　　式中　Φ1———导热杆与流体的对流传热量,W

　　h———导热杆裸露端头的平均表面传热系数,W /(·K)

　　A1———导热杆裸露端头的表面积,

　　T1———流体温度传感器5测得的流体温度,K

　　T2———温度传感器6测得的温度,K

　　假设不考虑导热杆的径向导热,根据传热学定律,导热杆的一维导热量Φ2的计算式为:

　　式中　Φ2———导热杆的一维导热量,W