弯管流量计的测量特性主要受雷诺数、前后直管段长度、弯管的几何形状、取压口方向和位置、弯管粗糙度和二次流等因素影响[ 8-10] ,情况非常复杂。所以在试验之前,为了获得对所测流场的一些定性分布规律,运用Fluent 软件对弯管流量计流场进行了数值模拟。

弯管流量计几何模型为: 弯管流道直径为100mm;前、后直管段长度各为100 mm;弯径比( R/ D)为3/ 2;取压口内径均为3 mm,长度为100 mm,倾斜角度为45b。边界条件和初始条件为: 弯管入口设为速度入口( v elo city-inlet ) ,出口设为压力出口( pressur e-outlet ) ,管壁设为固体( so lid) ;空气入口流速取10m/ s。 求解器采用二维稳态显式。

浅析弯管流量计流场的数值模拟

弯管流量计内流场数值模拟的结果如图2 和图3 所示。 总体上看,在弯管流量计内,上游流场比较稳定,流速梯度分明,下游则受二次流影响比较大,流场不太稳定;压力从内向外递增梯度分布十分明显,对称性较好,内侧的测压管出现低压腔,外侧出现高压腔。
具体说来:

① 流经弯管的流体由进口侧的等速流状态逐渐变成由弯头内侧向外侧梯度递增的流动状态,靠近弯管外侧的流体被减速,而靠近弯管内侧的流体被加速。这一流速分布进入弯管时基本达到稳定阶段,而在弯管中点45b截面处,该速度分布形式达到极限状态,即内侧流速达到最大值,外侧流速达到最小值,如图2所示。

②对应上述流体流过弯管的速度分布,弯管流量计内的压力分布基本也是以45°截面为中心对称分布,如图3 所示。

③二次流对压力分布的影响,主要是在弯管流量计的进、出口截面附近,但进口与出口的流体质点流速方向相反,在进口指向内侧,出口处指向外侧。在45°截面的前后截面,其速度向量发生转向,因此,在45°截面附近二次流对压力分布的影响降为接近于零的最小值。

浅析弯管流量计流场的数值模拟

所以,为了增加差压测量的灵敏度和减小二次流对测量的影响,本研究将取压口的位置选取在与弯管流量计上游端面成45°夹角的地方。