第22卷　第2期

　2008年06月

文章编号:1672-9897(2008)02-0051-05

实验流体力学

JournalofExperimentsinFluidMechanics

Vol.22,No.2　Jun.,2008　

标准孔板流量计内部流场的CFD数值模拟

陈家庆,王　波,吴　波,初庆东

(北京石油化工学院机械工程学院,北京　102617)

　　摘要:通过在标准孔板流量计中引入CFD数值模拟,为流出系数的获取提供了新途径。对不可压缩流体在不同流量、不同直径比、不同孔板轴向厚度和不同流动介质下的内部流场进行了数值模拟计算,并将计算出的流出系数与根据ISO公式计算出的流出系数进行了分析对比。结果表明,随着结构参数和工作条件的改变,流出系数都会随之发生变化,但ISO公式对孔板厚度的变化不太敏感。CFD数值模拟可以作为标准孔板流量计的辅助设计与标定手段,以进一步提高孔板流量计计量的准确性。　　关键词:标准孔板流量计;流场计算;数值模拟;CFD　　中图分类号:TE65;V211.3　　　文献标识码:A

CFDsimulationofflowfieldinstandardorificeplateflowmeter

CHENJia-qing,WANGBo,WUBo,CHUQing-dong

(SchoolofMechanicalEngineering,BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing　102617,China)　　Abstract:TheutilizationofCFDnumericalsimulationinstandardorificeflowmeterprovidesanew

methodontheestimationandoptimizationofdischargecoefficient.Thispapercomplementednumericalsimula-tionontotheflowfieldofincompressibleflowunderdifferentflowrate,diameterratio,orificethicknessandflowmedia,bycomparingandanalyzingthedischargecoefficientachievedfromnumericalsimulationandtheISOempiricalformula.Itisindicatedthat,withthevariationofstructuralparametersandworkingcondition,thedischargecoefficientwillchangecorrespondently,butISOformulaisnotverysensitivetothethicknessoforificeplate.TheCFDnumericalsimulationcanbeadoptedasacomplementarydesignandcertificationtoolinstandardorificeflowmeter,toenhanceitsmeasurementaccuracyfurthermore.　　Keywords:standardorificeflowmeter;flowfieldcalculation;numericalsimulation;computationalfluiddynamics(CFD)

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孔板流量计因其结构简单、耐用而成为目前国际上标准化程度最高、应用最为广泛的一种流量计,但也存在着流出系数不稳定、线性差、重复性不高等缺点。采用CFD数值模拟来分析研究管内孔板类节流元件的相关流场在国外已有数十年的历史[1-5]。Sheikholeslami等人和Barry等人使用Fluent软件模拟了孔板流量计工作性能随着雷诺数、直径比、管道表面粗糙度、上游旋涡以及上下游流动边界条件的变化情况,在使用二维轴对称模型的情况下,他们认为采用80×60的网格足以得到与经验数据相差在2%以内的流出系数值。美国TexasA&M大学的Morri-son等人采用CFD对孔板流量计进行了参数化研究,

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并测量了孔板下游的流场[8-9];后来又采用实验和CFD模拟对计量管内部的粗糙度规格进行评定改进,认为可以通过CFD模拟来获得任意雷诺数和管壁粗

糙度下的管流通用速度分布图[10]。挪威科技大学(NTNU)的Erdal等人采用Phonics软件研究了充分发展流动条件下,单孔孔板下游的流场,并采用二维轴对称模型分析讨论了不同边界条件、差分算法和湍流模型等对孔板前后流场模拟结果的影响[11-12]。悉尼大学的Langrish等人利用CFX软件中的标准湍流模型,模拟了三维轴对称突扩管内雷诺数达到10时的湍流流动情况[13]。2003年,美国福特公司的研究人员采用Fluent6.0软件模拟了汽车传动液压控制系统管路用孔板节流元件的流场,讨论了流出系数与直径比、孔板横截面形状、孔板轴向厚度、孔板出入口几

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收稿日期:2007-09;修订日期:2007-11-16

作者简介:陈家庆(1970-),男,湖北宜昌人,工学博士,教授.研究方向:计算机辅助工程(CAE)、多相流分离技术等.