1.創建幾何模型
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,孔板上端管長為20mm,下端管長為30mm。由于該幾何模型整個為回轉體,為減少計算量,簡化實體模型如圖3所示。
用四邊形網格計算管形流場,靠近孔板椎體的網格密度明顯較密,管道端部的網格明顯稀疏,從而保證網格的光滑度,加快計算的迭代收斂速度,避免臨近單元體積的快速跌變所引起的截斷誤差孔板流量計網格劃分模型如圖4所示。
2.流體仿真分析
孔板流量計模擬仿真介質為環境空氣,密度為1.29kg/m3,設定入口速度為5.31m/s,溫度為22℃,大氣壓為101.325kPa。設定了仿真介質和初始條件后,對湍流模型進行選擇,差壓式孔板流量計在仿真模擬中,流體流場入口速度為5.31m/s,用雷諾系數公式進行計算:
Re=pvd/η(2)
式中:Re為雷諾數;ρ為密度,kg/m3;D為流速,m/s;d為特征長度(內徑),mm;η為動力黏性系數,Pa.s。
將設定條件代人式(2)得:Re=7611,由于7611>2300,所以差壓式流量計管道內的氣體流動歸屬于湍流,仿真中選擇湍流模型進行計算。
對空氣在設定工況的基礎上進行流體分析仿真,得到差壓式孔板流量計管道內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,氣體流入流量計孔板上端管道部分,由于氣泵抽氣產生負壓,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,經過孔板后壓力維持在-3.507x104~-3.497x104Pa。氣體從錐形孔板經過時壓力減小,流經流量計下端部時流量增大,從而產生了孔板前后的壓差,環境空氣經過差壓式孔板時,由于孔板的阻隔瞬間形成高壓狀態,孔板的錐角處圓角處理,空氣流過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個管道速度分布情況如圖6所示,單位為m/s。如圖所示,氣體流入流量計孔板上端瞬間,產生了一個回轉對稱性的速度場,中心軸線處速度最大,氣體在差壓式流量計管壁處碰撞后產生回旋,速度降低并產生壓降,在錐形孔處由于錐角做圓角處理后,平緩過渡,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3.799m/s,經過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生低壓。氣體未經過錐形孔板前速度變化明顯較小,經過孔板后速度明顯增大,在管道軸心處速度數值最大。
3.孔板流量計差壓分析
孔板流量計壓力損失是孔板.上端測得壓力與孔板下端測得壓力數值之差,差壓數據穩定性是控制泵的關鍵條件。參考100L/min的仿真條件,將入口速度調整至10~90L/min,每10L/min作為一次步長,流體仿真后得到流速、動壓、靜壓和差壓的數據,如表1所示。
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