均速管流量传感器二维仿真方法

均速管流量传感器具有结构简单、质量小、流量适应范围宽、节能效果显著、长期稳定性好等优点，被广泛应用于大口径气体流量测量，尤其在电力、冶金、石化等行业DN200以上大口径的工况监控系统中，已经被作为首选仪表[1-2]．

均速管流量传感器主要性能指标为在其量程范围内输出差压的大小、各流量点仪表系数重复性及线性度误差．实流实验是研究均速管的主要方法，然而，实流实验只能给出均速管流量计性能指标的数值大小[3-6]，为了改善均速管的性能，在研究及设计均速管时，往往需要对管道及均速管自身内部流场特性进行深入的研究分析，这是实流实验所不能做到的，随着计算机性能与计算流体力学的发展，数值计算为实现这一研究提供了一种手段．数值计算过程中，可以直接建立与研究对象尺寸一致的三维模型，但三维模型网格数量较大，对计算机的运算速度、数据交换速度、存贮容量等性能有较高要求，为了能高效地解决问题，一般的做法是根据所分析对象特点，通过一定的简化原则，将三维模型简化为二维模型进行计算分析，如果简化方法选取正确，不会影响对问题的分析研究．文献[7-11]用数值计算方法对均速管流量传感器进行了二维仿真研究，分析了其流场特性．以往文献中对均速管进行二维仿真研究时，均直接采用过管道中心与均速管垂直的截面作为二维仿真模型，在此基础上，主要对网格划分方法、湍流模型的选择等方面进行研究，忽略了将三维均速管模型简化为二维模型方法的研究．鉴于此，笔者研究了均速管流量传感器数值仿真过程中将三维模型简化为二维模型的方法，为均速管流量传感器的数值仿真研究提供参考．

1 仿真与实验的方法和方案

1.1 研究对象

均速管流量计的截面形状对传感器性能有很大影响[3-4,6]，为了使所研究方法更具普适性，因此，采用具有代表性的2种典型截面形状(菱形、Delta形均速管)进行研究，如图1所示，口径为DN,200，取压孔开孔方式采用切比雪夫-对数法，差压变送器量程为0～500,Pa，精度为±0.2%．

1.2 实验装置

以涡街流量计为标准表的常压气体流量标准装置结构如图2所示，被检表管道为DN,200，标准表管道为DN,100，标准表流速低于35,m/s 时线性度为±1.0%，高于35 m/s时线性度为±1.5%，被校表前直管段为7.5,D，后直管段为5,D．

1.3 数值计算湍流模型

数值计算时采用标准 k-ε 模型．模型共有3种：标准 k-ε 模型、RNGk-ε 模型和Realizablek-ε 模型，将3种不同 k 方程和 ε 方程写成统一形式为