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不同截流下BURKERT流量计的流动特性
点击次数:357 发布时间:2019/8/28

    不同截流下BURKERT流量计的流动特性
    BURKERT流量计对于涡街流量计的旋涡发生体的仿真研究主要集中在形状和尺寸上,但在现场复杂工况环境的情况下,发生体的位置并不是固定不变的,会存在安装偏差。为了很好的分析发生体安装偏差带来的信号强度发生变化的问题,确定不影响信号强度的大偏差角度,采用三角柱型发生体,在Ansys+Workbench+FLUENT数值仿真软件平台环境下,根据涡街流量计的实际物理结构尺寸建立仿真模型,并对其进行网格划分、求解,将仿真得到的升、阻力频率相比较,得出阻力频率正好是升力频率的2倍,表明可以利用FLUENT软件对涡街流量计进行三维流场数值仿真。后利用FLUENT软件,通过改变管截面与截流面的夹角,在低、中、高速流速下,对其进行取压,将得到的信号强度和频谱分布进行比较分析,得出夹角与信号强度的关系:夹角在1°~7°范围,对信号强度的影响不大,超过7°以后影响变大。
    BURKERT流量计数值计算技术的发展,现代模拟仿真技术计算流体力学(cmputational fluid dynamics,CFD)也随之而生。
    它是对纯理论和纯实验方法很好的促进和补充。CFD作为门新兴学科,它力求通过数值实验替代实物实验,采用虚拟流场来模拟真实流场内部的流体流动情况,从而使得实验研究更加方便,研究场景更加丰富可编程[2-5]。
    FLUENT软件提供了多种基于非结构化网格的复杂物理模型,并针对不同物理问题的流动特点创建出不同的数值解法[6]。用户可根据实际需求自由选择,以便在计算速度、稳定性和精度等方面达到提高设计效率。
    关于涡街流量计的发生体数值模拟研究,主要集中在涡街发生体形状和尺寸上[7-10]。Yamasaki指出发生体的形状与几何参数和涡街流量计的流量特性(仪表系数、线性度、重复性、测量范围)与阻力特性存在相当大的关联关系。S.C.Luo等人研究旋涡发生体尾缘形状以及迎流角度对涡街的影响,在风洞和水槽实验中,得出在全长相等的情况下,旋涡强度随尾缘夹角的增大而减小。彭杰纲等人在50mm口径管道气流量实验中,通过对不同尾缘夹角角度的旋涡发生体进行实验研究,得出旋涡发生体尾缘的夹角为41.8°时具有很好的线性度。贾云飞等人通过对二维涡街流场中的压力场进行数值仿真研究,得出T形发生体产生的旋涡信号的强度要优于三角柱发生体。
    BURKERT流量计利用流体振动原理进行流量测量[11]。选取了应力式涡街流量计进行研究。它通过压电检测元件获取电压频率,再根据流体流量与涡街频率成正比得出被测流量。在过去的涡街流量计研究中,直将研究放在真实流场实验中,但这需要重复更换口径、调节流量,大大降低了工作效率。为解决此问题,采用三维涡街流场数值分析的方法对内部流场的变化进行研究。
    BURKERT流量计软件对三维涡街流场进行数值仿真,并将不同流速下的升、阻力系数进行比较,验证数值仿真可行性。并通过改变管截面与截流面之间的夹角,在低、中、高速流速下,进行取压,终得出随着夹角的不同,信号强度不同。夹角在1°~7°范围,对信号强度的衰减影响不大,超过7°以后对信号强度影响变大,并随着流速的增加,趋势越来越强。
    2升、阻力系数
    旋涡脱落时,流体施加给柱体个垂直于主流的周期性交变作用力,称为升力[12]。由于柱体两侧交替的释放旋涡时,刚释放完涡流的侧柱面,扰流改善,侧面总压力降低;将要释放涡流的另侧柱面,扰流较差,侧面总压力较大,从而形成个作用在三角柱上、方向总是指向刚释放完涡流那侧的作用力,所以升力的交变频率和旋涡的脱落频率致,升力的变化规律和旋涡的变化规律致,因而通过监视柱面上的升力变化规律,可以反映旋涡脱落规律。阻力系数反映的是柱体迎流方向上的作用力变化情况,每当柱体两侧不管哪边的释放旋涡次,迎流方向上的作用力都会随压力变化有规律地变化次,因此,升力系数变化的个周期内,阻力系数变化为两个周期。
    3三维涡街流场模拟的可行性分析
    3.BURKERT流量计几何建模与网格划分
    BURKERT流量计是在ANSYS Workbench中建立的三维涡街流量计几何模型。其中管道口径50mm,管道长1000mm,旋涡发生体截流面宽度14mm,管截面与截流面夹角为α。
    有些涡街传感器在口径选型上或者在设计选型之后由于工艺条件变动,使得选择大了―个规格,实际选型应选择尽可能小的口径,以提高测量精度,这方面的原因主要同问题①、③、⑥有关。比如,条涡街管线设计上供几个设备使用,由于工艺部分设备有时候不使用,造成目前实际使用流量减小,实际使用造成原设计选型口径过大,相当于提高了可测的流量下限,工艺管道小流量时指示无法保证,流量大时还可以使用,因为如果要重新改造有时候难度太大.工艺条件的变动只是临时的。可结合参数的重新整定以提高指示准确度。
    2、安装方面的问题。主要是传感器前面的直管段长度不够,影响测量精度,这方面的原因主要同问题①有关。比如:传感器前面直管段明显不足,由于FIC203不用于计量,仅仅用于控制,故目前的精度可以使用相当于降使用。
    3、参数整定方向的原因。由于参数错误,导致仪表指示有误.参数错误使得二次仪表满度频率计算错误,这方面的原因主要同问题①、③有关。满度频率相差不多的使得指示长期不准,实际满度频率大干计算的满度频率的使得指示大范围波动,无法读数,而资料上参数的不致性又影响了参数的终确定,终通过重新标定结合相互比较确定了参数,解决了这问题。
    4、二次仪表故障。这部分故障较多,包括:次仪表电路板有断线之处,量程设定有个别位显示坏,K系数设定有个别位显示坏,使得无法确定量程设定以及K系数设定,这部分原因主要向问题①、②有关。通过修复相应的故障,问题得以解决。
    5、四路线路连接问题。部分回路表面上看线路连接很好,仔细检查,有的接头实际已松动造成回路中断,有的接头虽连接很紧但由于副线问题紧固螺钉却紧固在了线皮上,也使得回路中断,这部分原因主要同问题②有关。
    6、二次仪表与后续仪表的连接问题。由于后续仪表的问题或者由于后续仪表的检修,使得二次仪表的mA输出回路中断,对于这类型的二次仪表来说,这部分原因主要同问题②有关。尤其是对于后续的记录仪,在记录仪长期损坏无法修复的情况下,定要注意短接二次仪表的输出。
    7、由于二次仪表平轴电缆故障造成回路始终无指示。由于长期运行,再加上受到灰尘的影响,造成平轴电缆故障,通过清洗或者更换平轴电线,问题得以解决。

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