基于上游渐扩管安装条件的内锥流量计性能预测

　　0 引言

　　内锥流量计在许多方面表现出比传统节流式流量计更为出色的性能[1]，但内锥流量计尚未标准化，对其安装条件的研究成了国内外讨论与关心的热 点。Stephen　A.Ifft[2]等人利用实验方法先后研究了上游单个90°弯头与不在同一平面的、前后紧接的双90°弯头以及全开和半开阀门对内 锥流量计关键参数的影响;此后，S.N.Singh[3]，R.J.W.Peters[4-5]先后对内锥流量计的抗流场扰动性能开展了实验研究;李彦梅 [6-7]等人利用数值仿真和实流实验相结合的方法研究了上游单弯头和双弯头安装条件对内锥流量计性能的影响。天津大学的流量实验室先后对内锥量计流出系 数、可膨胀系数及湿气测量等方面展开了研究，并取得了宝贵的经验成果[8-10]。

　　近年来，国内虽然掀起了推广应用内锥流量计的热潮，但对内锥流量计的关键技术指标、安装条件未进行相应的标定，大多直接沿用美国McC.公司的 产品说 明 书。针 对100mm口 径、β值 分 别 为0.45，0.65，0.85的内锥流量计，开展了在渐扩管安装条件下基线及上游不同直管段长度的仿真研究，并做了一定的实验验证，预测了上游渐扩管安 装条件下的内锥流量计所需的最短直管段长度。

　　1　建模与研究方案设计

　　1.1　内锥流量计的几何结构

　　内锥流量计的结构如图1所示。内锥体可以看作是两个底面积相同的圆台拼接而成，通过支架固定并与管道同轴，上游直接在管壁取压，下游采用锥尾取压方式，锥尾的压力通过锥体内导压孔和支架中的测量管传递到管壁取压孔。

　　1.2　研究方案设计

　　对100mm口径、β值分别对0.45，0.65，0.85的内锥流量计开展在上游渐扩管安装条件下的数值仿真，然后针对β值为0.65的内锥 流量计进行实流测试，管内径100mm定义为1D。为保证管内流体流动为充分发展的湍流状态，物理实验样机上游直管段100D，仿真实验样机上游直管段 10D。其中，渐扩管安装条 件 为：DN50的 圆 型 管 道 经 过 渐 扩 管 (长200mm)与DN100的圆型管道相连。设计方案如表1。

　　2　数值仿真

　　2.1　几何模型与网格剖分

　　仿真几何模型利用Gambit2.2.30软件建立，采用三维方式建模以保证数值仿真几何模型与物理实验样机完全一样。流量计主体管段长 400mm，在渐扩管的前端设有10D直管段，流量计后方直管段长10D。为更准确地获得锥体附近压力的变化情况，在网格剖分时，采用size函数，对锥 体附近的网格进行细密的划分，而远离锥体的上、下游直管段区域网格逐渐变得稀疏，网格类型为四面体，网格单元数量约60万。三维几何模型与网格剖分如图2 所示。