大量程比射流流量计的仿真研究

　　流量计的种类繁多, 结构复杂, 其发展历史悠久, 应用广泛. 但在某些领域, 传统流量计的应用受到限制, 例如家用的煤气和水测量, 要求流量计量程比宽, 能测量微小流量且长期工作可靠, 而传统的节流式和旋叶式流量计在这些方面存在一定的局限性[ 1-2] . 目前以流体振荡原理来进行流量测量的射流流量计逐渐显示出了其优势, 但国内对射流流量计的研究尚少.

　　射流流量计是一种利用附壁效应使流体自身产生振动, 并利用其振动频率与流速呈一定函数关系这一特性来实现流量测量的, 其优点在于: ① 利用流体自身的振荡特性, 所以结构简单, 且不含可动部件, 工作可靠、不受振动和加速度的影响, 可测量低流速流体; ② 在稳定振荡范围内, 振荡频率与喷流体积流量成线形关系, 且振荡信号便于测量与分析;③ 对流体的物理成分不敏感; ④ 与节流式流量计相比它的压力损失小、量程比宽[ 3-6] .

　　本文主要对传统的射流流量计的内部结构重新设计, 通过仿真研究其工作特性及其影响因素. 提出了一种折面型的顺流壁面结构, 在顺流壁面的后部张角扩大; 把分流劈分成两个, 各处于回流通道的入口, 正对顺流壁面后部张角扩大处, 利于回流的产生. 通过FLU EN T 软件的仿真研究, 用于帮助预测流程区域和理解流量计中的流体现象, 同时获得振动频率, 确定流量计的流量特性, 为尽可能地在线性范围内拓宽射流流量计的量程比而进行结构设计及参数设定提供一定的依据. 仿真研究表明该设计能在较大范围内使频率与流量成稳定的线性关系.

　　1 测量原理

　　射流流量计的测量原理是利用流体的附壁效应或称为康达效应( Coanda Ef fect) , 即当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时, 流体的流速会减慢, 只要物体表面的曲率不是太大, 流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动, 使得流体离开本来的流动方向, 改为随著凸出的物体表面流动. 射流流量计利用喷射射流在具有特殊结构的振荡腔内实现流体的附壁效应、控制流体的反馈, 使得流体在两个通道内来回切换, 振荡频率与流速呈一定的比例关系. 在振荡腔结构参数确定的情况下, 只要测得流体的振荡频率就可获得流量值[ 3-6] .

　　典型的反馈振荡型射流流量计的结构和工作过程如图1 所示. 射流喷嘴射出的主射流, 由于附壁效应而随机附在其中一个顺流件的壁上, 由于分流劈以及出口的阻力又迫使部分流体进入反馈通道, 如图1 中实线箭头所示; 当反馈流体垂直作用于主射流时, 主射流随之发生切换而附在另一个顺流件的壁上, 在另一个回路中重复上面的反馈过程, 如图1中虚线箭头所示. 如此循环往复, 主射流在来回振荡, 反馈通道中的流体也以相同的频率振荡[ 4-5] . 根据Str ouhal 方程, 流体振荡频率与入口流速有如下关系: