1.創(chuàng)建幾何模型
使用三維軟件建立總懸浮顆粒物采樣器孔板流量計(jì)的三維幾何模型如圖2所示�？装迳隙撕拖露说墓懿恐睆綖�20mm,孔板上端管長(zhǎng)為20mm,下端管長(zhǎng)為30mm。由于該幾何模型整個(gè)為回轉(zhuǎn)體,為減少計(jì)算量,簡(jiǎn)化實(shí)體模型如圖3所示。
用四邊形網(wǎng)格計(jì)算管形流場(chǎng),靠近孔板椎體的網(wǎng)格密度明顯較密,管道端部的網(wǎng)格明顯稀疏,從而保證網(wǎng)格的光滑度,加快計(jì)算的迭代收斂速度,避免臨近單元體積的快速跌變所引起的截?cái)嗾`差孔板流量計(jì)網(wǎng)格劃分模型如圖4所示。
2.流體仿真分析
孔板流量計(jì)模擬仿真介質(zhì)為環(huán)境空氣,密度為1.29kg/m3,設(shè)定入口速度為5.31m/s,溫度為22℃,大氣壓為101.325kPa。設(shè)定了仿真介質(zhì)和初始條件后,對(duì)湍流模型進(jìn)行選擇,差壓式孔板流量計(jì)在仿真模擬中,流體流場(chǎng)入口速度為5.31m/s,用雷諾系數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算:
Re=pvd/η(2)
式中:Re為雷諾數(shù);ρ為密度,kg/m3;D為流速,m/s;d為特征長(zhǎng)度(內(nèi)徑),mm;η為動(dòng)力黏性系數(shù),Pa.s。
將設(shè)定條件代人式(2)得:Re=7611,由于7611>2300,所以差壓式流量計(jì)管道內(nèi)的氣體流動(dòng)歸屬于湍流,仿真中選擇湍流模型進(jìn)行計(jì)算。
對(duì)空氣在設(shè)定工況的基礎(chǔ)上進(jìn)行流體分析仿真,得到差壓式孔板流量計(jì)管道內(nèi)壓力和速度的分布情況'51,如圖5~6所示。
圖5中,顏色深淺代表壓力的大小分布情況,單位.為Pa。從圖中可以得出,氣體流入流量計(jì)孔板上端管道部分,由于氣泵抽氣產(chǎn)生負(fù)壓,壓力值大概在-3.422X104--3.443x104Pa,氣體流入錐形孔板瞬間,壓力急速減小,壓力減小范圍在-3.443x104--3.518x104Pa,經(jīng)過(guò)孔板后壓力維持在-3.507x104~-3.497x104Pa。氣體從錐形孔板經(jīng)過(guò)時(shí)壓力減小,流經(jīng)流量計(jì)下端部時(shí)流量增大,從而產(chǎn)生了孔板前后的壓差,環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)差壓式孔板時(shí),由于孔板的阻隔瞬間形成高壓狀態(tài),孔板的錐角處圓角處理,空氣流過(guò)孔板椎孔處壓力有一-定程度的增大。流體仿真得到的流量計(jì)個(gè)管道速度分布情況如圖6所示,單位為m/s。如圖所示,氣體流入流量計(jì)孔板上端瞬間,產(chǎn)生了一個(gè)回轉(zhuǎn)對(duì)稱性的速度場(chǎng),中心軸線處速度最大,氣體在差壓式流量計(jì)管壁處碰撞后產(chǎn)生回旋,速度降低并產(chǎn)生壓降,在錐形孔處由于錐角做圓角處理后,平緩過(guò)渡,氣體速度有不同程度的增大。氣體流入孔板前速度范圍大概在0.2754~1.913m/s,流人孔板瞬間,速度增大,管道軸心處速度最高可達(dá)3.799m/s,經(jīng)過(guò)孔板后速度范圍大概在1.913~3m/s,并向管壁處速度遞減從而在管壁處形成回旋產(chǎn)生低壓。氣體未經(jīng)過(guò)錐形孔板前速度變化明顯較小,經(jīng)過(guò)孔板后速度明顯增大,在管道軸心處速度數(shù)值最大。
3.孔板流量計(jì)差壓分析
孔板流量計(jì)壓力損失是孔板.上端測(cè)得壓力與孔板下端測(cè)得壓力數(shù)值之差,差壓數(shù)據(jù)穩(wěn)定性是控制泵的關(guān)鍵條件。參考100L/min的仿真條件,將入口速度調(diào)整至10~90L/min,每10L/min作為一次步長(zhǎng),流體仿真后得到流速、動(dòng)壓、靜壓和差壓的數(shù)據(jù),如表1所示。
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