配资炒股歡迎您的到来!

您的當前位置:金屬管浮子配资炒股 > 新聞中心 > 技術文章
技術文章

測量低粘度流體介質金屬管浮子配资炒股的仿真研究

發布日期:2017-11-10  来源:  作者:  浏覽次數:
【導讀】:为深入研究金屬管浮子配资炒股的工作機理,筆者利用計算流體力学方法對金屬管浮子配资炒股進行數值仿真,通過構造仿真模型为研究金屬管浮子配资炒股的機理建立數值實验平台,優化傳感器的結構;同時为金屬管浮子配资炒股提供了低成本、短周期的設計方法......

 

        金屬管浮子配资炒股是一種傳統的變截面配资炒股,具有結構簡單、工作可靠、壓力損失小且穩定、可測低速流體介質等諸多優點,廣泛應用于測量高溫、高壓及腐蝕性流體介質。目前,金屬管浮子配资炒股設計采用经典浮子流量公式計算,其中流量系數α受到浮子形狀和来流雷諾數等多種因素的影響,需要實验标定来确定。該設計方法需進行大量的實验,费用昂貴,周期很長,且獲取的數據有限。为深入研究金屬管浮子配资炒股的工作機理,筆者利用計算流體力学方法對金屬管浮子配资炒股進行數值仿真,通過構造仿真模型为研究金屬管浮子配资炒股的機理建立數值實验平台,優化傳感器的結構;同時为金屬管浮子配资炒股提供了低成本、短周期的設計方法。
     1 基本原理
      1.1 金屬管浮子配资炒股的工作原理
金屬管浮子配资炒股工作原理示意 
      圖1为金屬管浮子配资炒股的工作原理示意。在垂直的錐形管中,放置一阻力件,即浮子。當流體自下而上穿過錐管時,受到浮子迎流體積阻擋而産生一個壓差,從而對浮子形成向上的作用力,同時由于流體本身的黏性,對浮子産生黏性力,當这兩個力的合力大于浮子本身的重力時,浮子就會向上升,同時浮子與錐形管問的環形流通面積增大,流速減低,此時浮子對流體阻力作用減小.當浮子受到的力达到平衡時,浮子就會停留在某一高度。傳統的金屬管浮子配资炒股設計采用经典浮子流量公式計算,即
                20171110161718.jpg   
      式中:qv为浮子配资炒股的體積流量;α为流量系數;D0为浮子最大迎流面的直徑;h为浮子在錐管中的垂直位置;φ为錐形管夾角;Vf为浮子體積;ρf为浮子材料密度;ρ为流體密度;Af为浮子垂直于流向的最大截面面積。
      1.2 計算流體力学及其控制方程
      計算流體力学(computational fluid dynamics,CFD)是一門利用計算機求解描述流體流动規律的控制方程組技術,涉及到流體力学、計算方法和計算機圖形處理等技術。为了簡便,以不可壓縮湍流流动为例寫出筆者使用的k-ε模型通用形式的流體控制方程。在直角坐标系中,流动可由連續性方程和雷諾時均N-S方程描述,即
      連續方程
 
      雷諾方程
     20171110161552.jpg              
      式中:ui为平均速度;P为平均壓力;ν和νt分别为分子黏性系數和渦黏性系數。
      對高數湍流,渦黏性系數的計算公式为
      νT=Cμk2/ ε                                               (4)
  

20171110161750.jpg

 
      k和ε由各自的輸運方程得到,對高Re數問題有K方程
         324234.jpg
      ε方程
               20171110161828.jpg
      式中:Gk为湍动能産生項
      
      Dÿ为平均應變率張量。
      筆者的仿真模型建立在已有仿真實验的基礎上,并針對以往模型中存在的入口速度剖面为等值面这一不合理設置,給出合理的圓管入口速度剖面;同時按照實際配资炒股的構造,在配资炒股的入口與出口處加入導流架,從而提高了仿真結果的準确性。
      2 模型建立和數值計算
      針對25mm口徑(DN25)浮子配资炒股内部機械結構進行流場計算和分析,金屬管浮子配资炒股結構剖面如圖2(a)所示,金屬管浮子配资炒股采用1Cr18Ni9Ti材質。配资炒股設計流量範圍为0.4~4.0 m3,量程比为10:1,为了檢測錐管中浮子的位置,在浮子中安裝有永久磁鐵,同時利用網格生成器建立了浮子配资炒股内部結構仿真模型,如圖2(b)所示,實验所用的低黏度流體介質是在常溫下密度为998.0 kg/m3、黏度为0.001002 kg/m.s)的水。金屬管浮子配资炒股内部流場是高雷諾數完全發展湍流流动,故采用湍流模式理論中标準一模型来計算。
金屬管浮子配资炒股的剖面和内部結構仿真模型 
      2.1 入口速度剖面設定
      入口速度由经验性光滑圓管湍流速度分布指數公式表示,即
 
      式中:ur为入口截面半徑为r處的速度;R为圓管入口處半徑;m为常數,由雷諾數的大小決定,見表1;umax为圓管入口中心處的最大速度。
 
      式中:q为入口流量;A为金屬管入口的計算面積,對本研究,A=2πR2m2/[(2m+1)(m+1)]。
表1 常數m與雷諾數的關系 

Re
m
4.0×103
6.0
2.3×104
6.6
1.1×105
7.0
1.1×106
8.8
2.0×106
10.0
3.2×106
10.0

      为使構建模型能滿足不同口徑金屬管浮子配资炒股的仿真結果,引入流量修正因子Cq,通過修正入口流量来适應多種口徑金屬管浮子流量的仿真模型。
      流量的修正公式如下:
      qc=Cqq                               (9)
      式中:q为實際流量;qc为修正流量;Cq为流量修正因子,對于25mm口徑的金屬管浮子配资炒股,Cq=1.13。
      根據式(8)~式(11)編寫速度分布函數。圖3是q=4.8 m3/h時金屬管浮子配资炒股入口速度剖面的仿真。圖中色标顔色由冷色調到暖色調表示速度由小到大,從圖中可以清楚地看到從邊壁到中心的速度是由小到大的非線性分布。
 入口速度剖面仿真僞色圖
      2.2 其他邊界條件的設定
      1)配资炒股壁面條件的設置
      由于浮子配资炒股内表面采用不鏽鋼材料,根據壁面特征設定:粗糙高度Ks=0.04;粗糙常數Cs=1。
      2)出入口的湍流參數
      湍动能
 
      耗散率
 
      式中:uav为入口平均速度;Cμ为常數;L为金屬管浮子配资炒股内部特征尺度。
      3 仿真結果及分析
      圖4給出了不同入口流量下,仿真計算得到的金屬管浮子配资炒股内部截面上的速度僞色圖。可以清楚地看到金屬管浮子配资炒股中流體在浮子周圍以及出入口的速度分布。随着流量的增加,浮子在管中的位置升,浮子與管道之間環隙變大,流體在管中的速度分布也随之發生明顯變化。通過觀察僞色圖中的速度分布,并根據流體力学基本原理,可以初步判斷出計算所得結果是合理的。
           
      根據物理實验結果,仿真計算了浮子在錐管中某一高度處流體對它表面的壓力、黏性力和浮子重力Gf 3項的合力,仿真結果中浮子所受合力結果見表2,合力向上为正方向。
表2 浮子所受合力Ff的仿真數據以及數值計算與物理實验所得流量的比較 

浮子高度h/mm
計算合力Ff/N
實验流量qp/(m3·h-1)
計算流量qs/(m3·h-1)
滿度誤差δs/%
4.86
0.1986
0.4
0.3853
-0.3660
9.36
0.3955
O.8
0.7746
-0.6342
14.41
-0.0790
1.2
1.2298
0.7447
19.28
-0.2751
1.6
1.7246
3.1159
23.97
-0.4258
2.0
2.2188
5.4695
28.65
-O.3175
2.4
2.5670
4.1739
32.77
-0.354 7
2.8
3.0029
5.0727
36.89
0.3755
3.2
3.3898
4.7447
40.44
-0.3435
3.6
3.8056
5.1409
44.00
-0.2853
4.0
4.2134
5.3355
47.19
-O.O518
4.4
4.4605
1.5125
50.00
0.329 2
4.8
4.6147
-4.6317

      由表2可知計算所得浮子在各位置的合力接近于零,趨于平衡,为验證仿真模型所能达到的仿真精度,根據浮子隻有在所受合力为零時才能平衡,又計算了浮子在各個高度保持平衡,即合力为零時,所對應的入口流量。表2還列出了數值計算與物理實验所得流量的比較,并計算出仿真實验的滿度誤差占,即
 
      式中:qs为數值模拟流量,m3/h;qp为物理實验流量。
      由表2可知,數值計算與物理實验所得流量的最大滿度誤差为5.4695%,平均滿度誤差为2.4731%。利用本模型對50mm、80mm口徑金屬管浮子配资炒股仿真數據與物理實验數據的比較結果也相當接近。表明筆者構建的模型得到令人滿意的結果。
      4 結語
      通過計算流體力学方法對金屬管浮子配资炒股進行仿真,并對流場進行了定量分析,計算出浮子在金屬管中不同垂直位置的受力大小及受力平衡時所對應流量。仿真實验結果與物理實验數據相比,最大滿度誤差为5.4695%,平均誤差为2.4731%,表明筆者構建的金屬管浮子配资炒股數值模型能夠滿足低黏度介質金屬管浮子配资炒股設計要求,为金屬管浮子配资炒股傳感器結構進一步優化提供了可靠的數值仿真平台。
 

注明,淮安国睿信配文章均为原創,轉載請注明本文地址http://www.shanyaoshu.com/

相關産品推薦:
相關的産品

與“ "相關的内容

推薦産品: 精密數字壓力表 熱電阻校验儀 污水配资炒股 智能壓力校验儀 蒸汽配资炒股 壓縮空氣配资炒股 天然氣配资炒股 铠裝熱電偶 帶熱電偶/熱電阻遠傳雙金屬溫度計