V锥流量计基于Fluent的数值仿真与实验研究

【摘要】： V锥流量计作为一种新型差压流量计,与传统的差压流量计相比有可靠性高、压力损失小、量程比宽、精度高等优点,尤其是在一些如垃圾焚烧发电、焦炉煤气、近海油田湿气测量等特殊应用场合有明显的优势。由于V锥流量计的这些特性,国内外对它进行了大量相关方面的研究。通过实验可以看出:锥体的几何形状对V锥流量计的性能有很大影响,特别是对内流场和流出系数的影响。但目前关于V锥流量计的统一标准还没有确定,因此对V锥流量计研究是有意义的。 论文分析流出系数受锥体几何形状的影响,运用计算流体动力学(CFD)的仿真软件Fluent对三种不同等效直径比的V锥流量计进行研究,获得仿真与实验数据,从而分析不同几何形状的锥体对V锥流量计流出系数的影响。内容主要包括计算流体动力学仿真、建立合理的试验台、相关数据的采集及数据分析处理三部分。 第一,采用Fluent软件对V锥流量计的流场进行仿真。主要内容包括几何模型的建立,湍流计算模型的选择,本文采用的是RNG k-ε湍流模型。然后根据仿真数据研究V锥流量计锥体的几何形状与其流出系数之间的关系。 第二,根据仿真的结果,加工制作了九组65mm口径的不同等效直径比的V锥流量计,并选择合理的实验仪器,搭建试验台。 第三,对加工的V锥流量计进行水实验,获取实验数据,对仿真数据和实验数据进行处理和分析,并与孔板流量计进行了压力损失的比较。 通过实验数据和仿真数据的比较分析发现:V锥流量计的流出系数与等效直径比β、雷诺数和前锥角有关;等效直径比β越大,流出系数值越小;流出系数随雷诺数的增大逐渐增大,最后趋于某一常数;前锥角越大,流出系数有减小到趋势;在保证有效流通面积相同的情况下,V锥流量计的压力损失比孔板小50%左右;仿真和实验得到的流出系数误差小于5.0%。