基于FLUENT的靶式流量计数值模拟与研究

　　1 概述

　　在过程工业和流体输配等领域中，流量测量是必不可少的工作，选择合适的流量计就显得非常重要。靶式流量计是 20 世纪 60 年代出现的，由于其传感器不与流体接触，因此对被测流体的种类要求不高，尤其能适用于高黏度、低雷诺数、小流量( 低流速) 、高湿度、含固体颗粒以及具有腐蚀性的流体测量，通过温度补偿，靶式流量计还能对中高温的流体进行测量。靶式流量计与其他类型流量计相比，具有的优势为: 结构简单，安装维护方便，价格低廉。靶式流量计以其优势得到广泛应用，可用于石油、化工、能源、食品、环保和水利等领域[1 -3]。

　　FLUENT 作为世界领先的 CFD 软件，在流体计算中得到了广泛应用，流量计领域的一些研究者也已经成功地将其用于流量计的流场仿真中，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[4]。因此，本文采用 FLUENT 对靶式流量计进行模拟，对靶式流量计靶片选型、量程比、测量精度等进行分析研究。

　　2 靶式流量计的工作原理

　　靶式流量计是一种流体阻力式流量测量仪表，其测量元件是一个放置在管道中的靶片，采用圆盘形靶片的靶式流量计的结构见图 1，靶片与管道间形成环形流道。靶片的形状有多种，无论哪一种，当它放置在流体中，都要受到流体冲击[5]。流体冲击到靶片上，会使靶片受力，并产生相应的微小位移，通过传感器测得靶片的受力( 或位移) ，就可实现流速、流量的测量。流体对靶片的作用力主要由以下两项组成: 第一项力: 流体对靶片的冲击力以及因流体在靶片后分离产生的压差所形成的作用力; 第二项力: 流体在流经靶片和管道内壁之间的环形流道时，对靶片周围产生的黏滞力。

　　在上述两项作用力中，第一项力一般比第二项力大很多，靶式流量计主要是利用第一项力测量流体的流量。因此，在分析靶式流量计受力与流体流量之间的关系时，只考虑第一项力。根据伯努利方程，流体对靶片作用力 F 的计算式为:

　　式中 F———流体对靶片的作用力，N

　　AT———靶片的截面积，m2

　　ρ———流体密度，kg /m3

　　ζc———局部阻力系数

　　v———流体通过环形流道时的流速，m / s

　　d———靶片最大处的直径，m

　　环形流道截面积 An的计算式为:

　　式中 An———环形流道的截面积，m2

　　D———管道的内径，m