在氣體渦輪流量計流量范圍內(nèi)選取了13m³/h、25m³/h.62.5m³/h.100m³/h,175m³/h、250m³/h這6個流量點進行同工況環(huán)境數(shù)值模擬，得到氣體渦輪流量計的內(nèi)部流場和壓力分布等數(shù)據(jù).進口橫截面取于前整流器前10mm處，出口橫截面取于后導流體后10mm處.計算渦輪流量計進出口橫截面上的壓力差，即得到流量計的壓力損失。
圖4為流量與壓力損失之間的關(guān)系曲線,圖中實驗值是在工況條件下使用音速噴嘴法氣體流量標準裝置測得.
根據(jù)圖4中壓力損失隨流量的變化趨勢，可以將流量與壓力損失之間的關(guān)系擬合曲線為二次多項式,其表達式為
這與流量計的壓力損失計算公式(8)趨勢相符,均為二次函數(shù)，且數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合得較好，說明渦輪流量計的內(nèi)部流場數(shù)值模擬方法及結(jié)果是可行且可靠的.流量計的壓力損失計算公式為。
式(8)中:△P----壓力損失;α壓力損失系數(shù);υ----管道平均流速.
以流量Q=250m³/h的數(shù)值模擬計算結(jié)果為例進行渦輪流量計內(nèi)部流場及壓力場的分析.圖5為渦輪流量計軸向剖面靜壓分布圖.前導流器前后的壓力場分布較均勻且壓力梯度較小，在機芯殼體與葉輪支座連接凸臺處壓力有所增加,連接面后壓力又逐漸減小.故認為流體流經(jīng)葉輪支座產(chǎn)生壓力損失的主要原因是連接處存在凸臺,導致流場出現(xiàn)較大變化，不能平滑過渡,建議將葉輪支座與機芯殼體的連接改為圓弧線型或流線型.
觀察圖5和圖6,當流體流經(jīng)葉輪從后導流器流出渦輪流量計時,壓力梯度變化明顯，存在負壓區(qū)域并造成很大的壓降，在后導流器凸臺及流量計出口處速度變化明顯，由于氣流通過后導流器后流道突擴,在后導流器背面形成明顯的低速渦區(qū)，產(chǎn)生漩渦二次流。
結(jié)合圖7、圖8流量計軸向剖面和出口橫截面的總壓及速度分布圖,其速度分布與壓力分布相似,流量計流道內(nèi)速度分布較均勻的區(qū)域其壓力梯度變化也較小，即流道內(nèi)速度的分布和變化與壓力損失大小相關(guān).由流量計軸向剖面和出口橫截面的速度及壓力分布圖可以看出,流量計后導流器處產(chǎn)生的漩渦二次流影響了出口橫截面處的速度及壓力分布,流體呈螺旋狀流動,故出口處速度及壓力較大區(qū)域均偏移向流體旋轉(zhuǎn)方向。
流量計各部件的壓力損失隨流量變化的趨勢與流量計總壓力損失隨流量的變化趨勢相同,其擬合公式為系數(shù)不同的二次多項式，各部件的壓力損失與流量呈二次函數(shù)關(guān)系，隨著流量的增加，壓力損失顯著增加.
觀察圖10各部件壓力損失百分比圖，可見前整流器、前導流器和機芯殼體處的壓力損失很小，葉輪支座處壓力損失約占總壓力損失的1/4.前整流器所占壓力損失比例在各流量點基本保持不變,前導流器和機芯殼體處的壓力損失隨流量的增加其比例略有降低,葉輪支座處壓力損失隨流量的增加其比例略有增加,但總體上受流量影響不大.葉輪處的壓力損失隨流量從13m³/h增加至250m³/h,其比例從15.88%降至8.71%,降幅明顯.后導流器處的壓力損失占總壓力損失的大半,隨著流量從13m³/h增加至250m³/h其壓力損失比例由43.77%升至55.83%,增幅明顯.總之,后導流器、葉輪支座和葉輪是流體流經(jīng)氣體渦輪流量計產(chǎn)生壓力損失的主要影響部件,可通過優(yōu)化其結(jié)構(gòu)以降低渦輪流量計的總壓力損失. |
