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1、第? ?卷第 期增刊仪器仪表学报!# %5 ?数值仿真软件,验证了该方案的可行性,并优化了方案设计。在; 5 ?数值仿真中,成功地模拟出湿气流过漩涡发生体时产生的卡门祸街现象。由仿真得出的漩涡频率与流速呈线性关系。利用仿真确定了测量系统中前后差压取压口的最佳取压位置。关键词:湿气涡街流量计;5 ?差压取压位置.1)#+/.(% #(1%/% + # %/ . +#+月)/( 1+/.( 呀. % %. #粗, %.= . % 5?3) 5 ?5 ?., , % /.+#% 5?流体工程仿真软件,根据川中气田的实际生产数据,对测量系统进行了数值仿真。通过仿真,验证了涡街流量计测量湿气的可行性,并
2、确定了差压取压口的最佳位置。6测量的基本原理气体体积含率不超过3?的湿气为混和均匀的两相流,满足公式二机 83一脚 # 48#2华金项目: ?3划资助项/#8( ( 一 ?2资. # 2 第 期增刊张 磊 等:基于差压式涡街流量计的湿气测量方法仿真研究式中,刀是体积含气率,凡是气相密度,几是液相密度,是总密度。根据这个原理,利用涡街流量计测量质量流量 的方法# 6 ,“】,测 出流体的密度和体积流量,再结合上述公式,可以测出湿气中气相和液相的流量。这里只使用一个差压传感器测得的差压信号的幅值和频率信号作为输入信号,若使用压电传感器,只能测得漩涡的频率。若要测量流体的密度,还需要增加一个传感器。
3、月4使用差压传感器相比利用压电传感器,有更好的抗干扰性能8因为干扰信一号在相减过程 中可消除一部分2。如图3所示,在管壁上开设两个取压口,取压口分别位于漩涡发生体的上游和下游,差压传感器通过这两个取压口取压。发生体的上游压力稳定,下游压力是波动的,其波动频率和漩涡频率成线性关系,两取压口处的压力波形如图6所示。_= # 4邢8?2式中,尽在一定的雷诺数范围内是常数,1 ,也是常数,与涡街发生体的尺寸和管道口径有关。由式86 2和式8 ? 2可得:。幼尸人一二 丁 826厂 4 , 一 式中,4于口:,是常数,而幼和,可通 几戈1少一”一一过差压传感器测出,所以雾状流的密度可以求出,又根据匀相流
4、模型的密度公式:帆 83一灼几82厂刁式中,刀是体积含气率,凡是气相密度,几是液相密度。这里假设气相和液相的密度已知,而混和一一卜必 丫 。一夕密度又由式8 2求出了,所 以,体积含气率声可以由式8 2 求出:8 2图3测量原理图刀一三二已几一几上游压“ 蕊几下游压力又因为总的体积流量练可以由式8?2 算出:_1朔。练代万一 ?82图6上下游压力示意图上卜游 的压差如的平均值酮反应 了流体流过漩涡发生体后的压力损失,可表示为:幼一粤刀)乙862式中,!。是压力系数8在3定雷诺数范围内是常数2,是流体密度,=是流体平均流速。又根据涡街的基木公式:式中,是管道的截面积。用总的体积流量么乘以声就得出
5、了气相体积流量乌,用总的体积流量么乘以3一刀就得出了液相体积流量。?差压式涡街传感器测量湿气的数值仿真为了验证测量方法的可行性及进一步优化测量系统方案,我们选择了; 5?流体工程仿真软第?卷仪器仪表学报件。根 据川中气田的实际生产 数据,在总长为6 ?11,直径为 ?1 1的流场区域进行了数值仿真。?43几何模型的建立及网格划分由;5 ?公司自行 研 发 的前处 理软件 0?是一个具有很 强组合建模能力的前处理器,它负责对所研究的流场进行建模和网格划分,并将导出的网格文件送入; 5?中进行计算3? 43。因此,首先利用 0?绘制了仿真的几何模型,如图?所示。6 ?用祝3矫卜、, 庵一篡 乒印麟
6、图?仿真几何模型图?是在 0?中建立的二维几何模型,点对应图#中差压的下游取压点,点代表压电传感器的位置8用来验证仿真的正确性29图中管道直径为刃片 ?1 1,漩涡发生体迎流面宽度户31 1。对几何模型的网格划分采用的网格单元为) +单元,即网格区域中只包含四边形单元9以漩涡发生体为中心,把流场划分为几个小的区域,以使得在网格划分时,漩涡发生体附近区域的网格较密,提高了仿真计算的精度。在 0?中,边界条件的设置为:漩涡发生体和管道的壁面设置为壁面85?内部参数的设置绘制好几何 模型并 划 分了网格后,将在 0?中划分好的网格文件导入;5 ?里。针对涡街流场为非定常流场,且是混合均匀 的两相流的
7、特点,设置;5 ?中各参数如表3所示,其它条件为;5 ?的默认初始设定。表3;5 ?中的条件设置求解器85 ?对差压式涡街流量传感器测量湿气的流场仿真及优化是否可行,还需要验证仿真结果的正确性和精度。目前,多数涡街流量计是通过压电传感器检测漩涡频率,来得到体积流量,因此,在;5?中设置一个压电传感器的检测点,如图?中的点所示。通过仿真计算,得到水和空气不同流速卜的频率,在工作条件相同的情况下,与重庆川仪总2有限公司?口径流量计数据手册上的输出频率比较,以此验证仿真的正确性,结果如表6所示。 7第 期增刊张 磊 等:基于差压式涡街流量计的湿气测量方法仿真研究表6仿真验证表流体介质流量81,爪雌速
8、8而? 3一3 ? 弓,几昌)。 。 。翔豁, 补一夕一、户 #砂护 户 #军 、了一、!%结论 厂!,矛“能挂谧,%图+ 第 期增刊张磊 等:基于差压式涡街流量计的湿气测量方法仿真研究=.%#( % +5?对涡街流量传感器流场仿真及特性研究 4系统仿真学报,6 ? ,37 836 2 :6 ?一6 74.+ ), % ., + ? +(,. )+ 4.1)#+ /.( + %#). ;.%#+ !田习/% .#( 1%/% 妙=5 ? 4() + #(,即 / !1.1)#+ /.( ,6? ,378362:6 ?一6 740 韩占忠,王敬,兰小平4;5?流体工程仿真计算实例与应用 4北京:
9、北京理工大学出版社,6? ? :3一3 ?4+ + ( ,+ . , 5 ?, #). % . % % . 5?技术基础与应用实例0 0 4北京:清华大学出版社,6? :卜3 ? 4叭厄). .,+ +., 面7+ 4; 5?/% % (#( ., .习#(%+ #). ;.%#!+ + /% .#( 1%/% # 4( ) +#(,+ )/ (1 + /.( .&/ )1% 长6 ?,6 82:#压3?43 3洪文鹏,周云龙,武茂松4基于压差波动法的气液两相涡街 功率谱 特性分析 # 34仪器仪 表 学 报,6? ? ,6 872:3 ?7 3 3?4( % , ( ) )#( ,)+ ( &(4+#&.&(% &% / =1%+ +/% .& /.%&(, + &一#.). / (一+ &%( /% &/ % + &%( % & &) %一., , % % % %, #)! / )+ /.( 1%/ ( 34!(%& %()1+#(,0&/ .”1% 七6? ?,6 872:3 ?73 3?4 6
