弯径比误差对流量测量准确度的影响研究

　　从弯管流量计发展的历史看，弯径比是影响弯管流量系数最大、最关键的参数，又是弯管传感器理论模型中唯一的几何特征参量，因此它对测量准确度有直接影响，同时也是在批量生产中要严格控制的参数。 由于弯管曲率半径是一条无形的空间曲线， 且随着管径的不同，其加工制造误差也随之改变。 采用现代加工方法和测量方法，可以保证弯径比误差在±1%以内。针对高精度弯管传感器的研究需要，本文利用数值模拟方法， 采用Fluent流体计算软件研究不同弯径比误差对流量系数的影响程度。

　　一、弯径比与流量系数

　　弯管传感器的弯径比是指弯管的内径中心线圆弧的曲率半径R和弯管的内径D的比值，即R/D。 根据量纲分析可以得到流过弯管流量计的平均流速v与管内外侧压力差的关系，可以用欧拉数Eu表示为：

　　式中：Re———雷诺数;Fγ———费劳德数;Mα———马赫数;R/D———弯径比;L1、L2———前后直管长度;λ1λ23、λ4———内侧取压孔位置 ;Δ———管道内壁粗糙度。

　　由式(1)可得弯管流量计的平均速度为

　　由式(2)可以看出，弯管流量计的测量特性受雷诺数、前后直管段长度、取压口位置、弯管粗糙度和二次流等因素的影响，流动情况十分复杂。 在本次计算中，为了分析弯径比对流量系数的影响，在保证其余物理边界特性相同的条件下将式(2)简化为

　　二、数值模拟

　　1.模拟计算参数

　　为了模拟引起流量系数变化的主要因素(该因素由弯径比引起)， 采用标准弯径比为1.5∶1的标准弯头作为标准，对比1.480、1.490、1.495、1.500、1.505、1.510、1.520等7种不同弯径比，其相关计算参数如表1所示。

　　2.网格模型

　　网格模型对计算准确度和稳定性有很大影响，良好的网格模型是保证计算(尤其是对于CF分析)得以顺利进行和得到高精度结果的关键之一。 合理的网格模型应该与流场分布规律相适应。 为了保证计算的准确度和稳定性，计算模型全部采用了高精度的六面体网格。 这样保证了绝大多数单元体的侧面与流场垂直或平行，能够很大程度上减少数值耗散，提高计算准确度。 数值求解采用SIMPLIC算法，Quick三阶格式空间离散，k-ε模型。 图1、图2为针对弯径比1.5的弯管流量计在雷诺数为1.4×105建立的网格模型。为保证进入弯管处的流动充分展开，流量计前直管段长度取为30倍管径， 沿90度弯管流量计弯曲方向划分为90层网格，节点数约为5×106。