与传统的孔板流量计进行比较,智能旋进旋涡流量计具有以下几个主要特点:
1.实现了机电一体化,日常的计量过程不需人工值守;
2.工艺安装条件不苛刻,仪表上、下游直管段可较孔板流量计大大缩短;
3.系统的测量准确度能够满足目前的贸易计量要求(≤2%)">;
4.流量测量范围较宽(q max /q min =15~20">),可在孔板流量计无法涉足的部分小流量区域进行有效工作;
5.体积小、重量轻,离线标定较为方便;
6.测量信号既可就地显示,也可按需远传;
7.无可动部件,因此对于一般的测量就不存在仪表的机械磨损;
8.仪表管理人员勿需培训,流量、压力及温度等测量参数可以从表头直接读取并且不必进行折算转换;
9.只需定期更换旋进旋涡流量计电池(微功耗)">及被测介质的参数。
旋进旋涡流量计是根据旋涡进动现象设计的一种流体振荡式流量计,具有流量范围宽、无可动部件、不易腐蚀、可靠性高、安装使用方便、直管段要求短等优点,适用于石油、蒸汽、天然气、水等多种介质的流量测量[1].20世纪70年代,Dijstelbergen[2]对旋进旋涡流量计性能进行了比较的实验研究,验证了该流量计线性输出特性,并且发现该流量计不易受介质黏度和密度影响,指出了旋进旋涡流量计在高压气体测量方面商业化应用前景.Furio和Gianfranco[3]对旋进旋涡流量计做了实际工况下的仪表特征测试,探索该流量计在计量领域应用的可行性.旋进旋涡流量计工作时振荡频率信号容易被外界振动与流体脉动噪声所干扰[4],对此宋开臣和傅新[5,6]提出安装对称两个压力信号探头,相位差180°,用信号差分处理提高旋进旋涡流量计抗干扰能力,取得了良好效果.
流体力学控制方程和湍流模型
旋进旋涡流量计的流体动力特性可以用流体力学基本方程描述如下.
连续性方程与动量方程[13,14]:
流量计内部为湍流流动,需引入湍流模型.标准的k-ε湍流模型用于强旋流或带有弯曲壁面的流动时,会出现一定失真,因此本文选用RNGk-ε湍流模型.湍流模型和相关方程在文献[11]中有详细说明,感兴趣的读者可参考这篇文献.图4为流量计物理模型,计算区域总长度为447 mm,网格划分采用的是非结构化混合网格,在局部流动复杂部分对网格进行加密.网格数大约为80万.在旋进旋涡流量计的流通管道上设置五个压力检测截面1,2,3,4,5.截面1位于扩张段的中部,截面2位于扩张段上游5 mm处,截面3位于扩张段上游10 mm处,截面4扩张段上游15 mm处,截面5位于扩张段下游5 mm处.分别在每个截面距壁面6 mm处设置对称两点作为压力脉动信号采集点.
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