保養品odm 1、引言上個世紀80年代中期,美國McCrometer公司推出瞭一種新型錐體差壓式流量傳感器,在結構上采用瞭同軸安裝在管道中的V形尖圓錐將流體逐漸節流收縮到管道內邊壁的設計,並由測量此錐體前後的壓力差實現對流量的測量。與傳統的差壓流量傳感器相比,錐體差壓式傳感器具有壓力損失小、要求前後直管段短、抗臟污等優點。國外已有學者對該傳感器的永久壓力損失、旋流適應性等進行瞭不同程度的研究,然而針對同一口徑錐體的優化設計問題,特別是等效直徑比、錐體的幾何形狀、雷諾數對其流出系數影響規律的研究,國內外相關文獻中尚無細致的研究報道。為此,本研究從100 mm口徑入手,設計瞭3個β值(分別為0.50,0.65,0.85),3種前錐角(分別為40°,45°,50°)及3種後錐角(分別為120°,130°,140°)共計27種組合的錐體,經流場數值模擬,預測瞭該口徑下的流出系數及關鍵參數的影響規律。2、理論基礎錐體差壓式流量傳感器的簡化結構示意圖如圖1所示,即在封閉的管流系統中同軸安裝一節流體,其形狀由兩個圓臺構成,γ定義為前錐角;θ定義為後錐角;等效直徑比為β。流體流動方向如圖1所示。圖1 錐體差壓式流量傳感器示意圖如同其他類型的差壓流量傳感器,錐體差壓式流量傳感器流量計算公式為3、幾何模型與網格剖分針對DN100口徑,設計瞭等效直徑比口分別為0.5,0.65,0.85,前錐角分別為40°,45°,50°,後錐角分別為120°,130°,140°,共計27種錐體樣機。結構模型的編號格式為:β值_前錐角_後錐角(後同),如0.65_50_130表示β值為0.65,前錐角為50°,後錐角13°。由於錐體為旋轉體,具有軸對稱特性,在進行數值模擬實驗時,所建立的面膜代工模型為二維結構,並進行瞭簡化處理(計算域選取一半),如圖2所示(0.65_45°_130°)。為滿足充分發展湍流,建模長3600 mm,圖2僅給出模型計算域的一部分。圖2 傳感器二維模型及計算網絡在網格的剖分方面,盡量采用瞭結構化網格,如大比率四邊形網格計算長管形狀流場,網格數量明顯減少;在靠近錐體部分的網格最密,越靠近管道兩端,網格越稀疏。這樣做的目的是為瞭保持網格的光滑度,從而加速迭代收斂速度,避免因臨近單元體積或面積的快速變化而導致大的截斷誤差,節省計算時間。另外,在相同網格數量下,為更好保證計算精度,對流場影響最重要的部分進行瞭更精密的網格剖分。圖2即是采用此方法進行的網格剖分。4、湍流模型、差分離散與邊界條件利用RNG k-ε模型進行計算,經物理實驗驗證顯示出瞭更好的預測性(平均約為5%,詳見第7部分)。另外,在近壁面區域采用標準壁面函數法進行處理。利用有限體積法實現控制方程的離散化,在求解離散方程過程中,采用以壓力為基本求解變量的求解方法,即SIMPLE算法進行求解。根據Gan等人的研究,對於不可壓縮流體的差分格式最精確的是采用Quick格式。但Quick格式並非絕對收斂,且對網格質量的要求較高,主要用於四邊形網格和六面體網格。而本研究所劃分的網格都是四邊形網格,因此在數值模擬時,除壓力項采用瞭二階迎風格式外,其餘都利用瞭Quick格式進行離散。DN100口徑錐體差壓式流量傳感器的數值模擬實驗介質水,溫度293K;速度人口,出口條件設定為流出出口,錐體和管壁設定為固體壁面,光潔度為0.5。入口速度分別為:0.3,0.5,1,2,3,4,5,6,7 m/s,根據管徑計算的最小雷諾數為29703,故流動狀態為湍流。5、數值模擬實驗結果分析圖3,4,5分別給出β值為0.50乳液代工,0.65,0.85時的錐體差壓式流量傳感器流量與流出系數C數值模擬實驗關系曲線族,即Qv-C曲線族。圖中橫軸為流量Qv,單位m3/h,縱軸為流出系數C。以下分別就每組曲線族進行詳細分析。①圖3(β=0.5)分析。(a)流量范圍(10:1):8.48232~84.8232 m3/h(雷諾數范圍29880.48~298804.8),流出系數C的計算值基本在0.84~0.87。(b)前、後錐角對C的大小均有影響,但前錐角具有決定性影響,9條曲線根據前錐角的大小(40,45°,50°)較為明顯的分為三簇,C隨前錐角增加而降低,前錐角為40°時流出系數C位置最高,其次是45°和50°。(c)前錐角相同時,同一簇內不同流出系數曲線C隨後錐角的增大呈現下降趨勢,即前錐角相同時,後錐角為120°時的C位置較高,其次是130°和140°。(d)除曲線“—▲一5060”外,其餘曲線C均隨流量的增加而增大,而增大的速度在降低,且有趨於常數的趨勢。這種現象預測瞭在低雷諾數下,流出系數C受雷諾數的影響較大,在高雷諾數條件下則影響較小。(e)前錐角50°時曲線簇線性度較好,據此可預測,較大的前錐角有可能減弱雷諾數對流出系數的影響。但線性度的改善將以產生較大的不可恢復壓力損失為代價。圖3 β=0.5時Qv-C曲線族②圖4(β=0.65)分析(a)流量范圍(20:1):8.48232~169.6464m3/h(雷諾數范圍29880.48~597609.6),流出系數C的計算值基本上在0.84~0.87之間,根據前錐角的大小9條曲線的大小仍然分成三簇,且規律和β=0.5時相同,不同的是雷諾數范圍較大。(b)隨著前錐角的增加,流出系數的改變受後錐角的影響不如β=0.5時明顯,特別是後錐角為120°和130°時對C化妝水代工廠的影響差別很小,當前錐角為40°及45°時,後錐角130°對應的曲線反而略高於120°對應的曲線。(c)前錐角增大時,曲線簇的線性度略提高,但不如β=0.5時明顯。圖4 β=0.65時Qv—C曲線族③圖5(β=0.85)分析圖5 β=0.85時Qv—C曲線族(a)流量范圍(23:1):8.48232~197.9208 m3/h(雷諾數范圍29880.48~697211.2),流出系數C的計算值基本上在0.71~0.79;和β=0.5和β=0.65時相比,幅值明顯下降,且變化范圍更大;根據前錐角的大小,9條曲線的大小仍然分成三簇,且規律和β=0.50,0.65時相同。(b)隨著前錐角的增加,後錐角對C值大小的影響非常明顯。除前錐角為40°的曲線外(後錐角130°對應的曲線略高於120°對應的曲線),其他曲線均具有在前錐角相同的情況下,後錐角越大,流出系數越小的特征。(c)前錐角對曲線線性度的影響較弱,不如β=0.5時的明顯。(d)當流量較小時,流出系數C隨流量的變化較快,當流量超過20m3/h以後,流出系數的變化相對比較緩慢。由此可以預測,當口值較小時,錐體差壓式流量傳感器的測量下限非線性較低,當β較大時,測量下限非線性較高。6、結論在針對DN100口徑,介質為水,3個等效直徑比的27種錐體進行CFD數值模擬後,得出瞭傳感器幾何因素與雷諾數對流出系數的影響規律,即錐體差壓式流量傳感器的流出系數不僅和雷諾數有關,還與等效直徑比β及前後錐角相關:①β值越大,流出系數越小,且隨著β值的增大,流出系數更易受雷諾數的影響;②β值相同時,前錐角對流出系數具有決定性的影響,後錐角對流出系數的線性度具有一定程度的影響;③較大的前錐角可減弱雷諾數對流出系數的影響,線性度能夠得到改善,但需兼顧壓力損失乳液代工廠,前錐角不宜過大。
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