在氣體渦輪流量計(jì)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(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行同工況環(huán)境數(shù)值模擬，得到氣體渦輪流量計(jì)的內(nèi)部流場(chǎng)和壓力分布等數(shù)據(jù).進(jìn)口橫截面取于前整流器前10mm處，出口橫截面取于后導(dǎo)流體后10mm處.計(jì)算渦輪流量計(jì)進(jìn)出口橫截面上的壓力差，即得到流量計(jì)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(shí)驗(yàn)值是在工況條件下使用音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得.
根據(jù)圖4中壓力損失隨流量的變化趨勢(shì)，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(xiàng)式,其表達(dá)式為
這與流量計(jì)的壓力損失計(jì)算公式(8)趨勢(shì)相符,均為二次函數(shù)，且數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好，說明渦輪流量計(jì)的內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬方法及結(jié)果是可行且可靠的.流量計(jì)的壓力損失計(jì)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(jì)算結(jié)果為例進(jìn)行渦輪流量計(jì)內(nèi)部流場(chǎng)及壓力場(chǎng)的分析.圖5為渦輪流量計(jì)軸向剖面靜壓分布圖.前導(dǎo)流器前后的壓力場(chǎng)分布較均勻且壓力梯度較小，在機(jī)芯殼體與葉輪支座連接凸臺(tái)處壓力有所增加,連接面后壓力又逐漸減小.故認(rèn)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(tái),導(dǎo)致流場(chǎng)出現(xiàn)較大變化，不能平滑過渡,建議將葉輪支座與機(jī)芯殼體的連接改為圓弧線型或流線型.
觀察圖5和圖6,當(dāng)流體流經(jīng)葉輪從后導(dǎo)流器流出渦輪流量計(jì)時(shí),壓力梯度變化明顯，存在負(fù)壓區(qū)域并造成很大的壓降，在后導(dǎo)流器凸臺(tái)及流量計(jì)出口處速度變化明顯，由于氣流通過后導(dǎo)流器后流道突擴(kuò),在后導(dǎo)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)后導(dǎo)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(dòng),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(jì)各部件的壓力損失隨流量變化的趨勢(shì)與流量計(jì)總壓力損失隨流量的變化趨勢(shì)相同,其擬合公式為系數(shù)不同的二次多項(xiàng)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(dǎo)流器和機(jī)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?jí)毫p失比例在各流量點(diǎn)基本保持不變,前導(dǎo)流器和機(jī)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(dǎo)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(dǎo)流器、葉輪支座和葉輪是流體流經(jīng)氣體渦輪流量計(jì)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(jì)的總壓力損失. |
