基于上游漸擴管安裝條件的內(nèi)錐流量計性能預測
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內(nèi)錐流量計在許多方面表現(xiàn)出比傳統(tǒng)節(jié)流式流量計更為出色的性能，但內(nèi)錐流量計尚未標準化，對其安裝條件的研究成了國內(nèi)外討論與關心的熱點。STEpHEN A.IFFT等人利用實驗方法先后研究了上游單個90°彎頭與不在同一平面的、前后緊接的雙90°彎頭以及全開和半開閥門對內(nèi)錐流量計關鍵參數(shù)的影響；此后，S.N.SiNgH，R.J.W.PETERs先后對內(nèi)錐流量計的抗流場擾動性能開展了實驗研究；李彥梅等人利用數(shù)值仿真和實流實驗相結合的方法研究了上游單彎頭和雙彎頭安裝條件對內(nèi)錐流量計性能的影響。天津大學的流量實驗室先后對內(nèi)錐量計流出系數(shù)、可膨脹系數(shù)及濕氣測量等方面展開了研究，并取得了寶貴的經(jīng)驗成果。
近年來，國內(nèi)雖然掀起了推廣應用內(nèi)錐流量計的熱潮，但對內(nèi)錐流量計的關鍵技術指標、安裝條件未進行相應的標定，大多直接沿用美國MCC.公司的產(chǎn)品說明書。針對100MM口徑、β值分別為0.45，0.65，0.85的內(nèi)錐流量計，開展了在漸擴管安裝條件下基線及上游不同直管段長度的仿真研究，并做了一定的實驗驗證，預測了上游漸擴管安裝條件下的內(nèi)錐流量計所需的最短直管段長度。
1 建模與研究方案設計
1.1 內(nèi)錐流量計的幾何結構
內(nèi)錐流量計的結構如圖1所示。內(nèi)錐體可以看作是兩個底面積相同的圓臺拼接而成，通過支架固定并與管道同軸，上游直接在管壁取壓，下游采用錐尾取壓方式，錐尾的壓力通過錐體內(nèi)導壓孔和支架中的測量管傳遞到管壁取壓孔。
1 前端取壓口；2 尾部取壓口；3 管壁；4 支架；5 錐體
圖1 內(nèi)錐流量計幾何結構
對100MM口徑、β值分別對0.45，0.65，0.85的內(nèi)錐流量計開展在上游漸擴管安裝條件下的數(shù)值仿真，然后針對β值為0.65的內(nèi)錐流量計進行實流測試，管內(nèi)徑100MM定義為1D。為保證管內(nèi)流體流動為充分發(fā)展的湍流狀態(tài)，物理實驗樣機上游直管段100D，仿真實驗樣機上游直管段10D。其中，漸擴管安裝條件為：DN50的圓型管道經(jīng)過漸擴管（長200MM）與DN100的圓型管道相連。設計方案如表1。
表1 研究方案設計（研究介質：常溫水） 
2.1 幾何模型與網(wǎng)格剖分
仿真幾何模型利用Gambit2.2.30軟件建立，采用三維方式建模以保證數(shù)值仿真幾何模型與物理實驗樣機完全一樣。流量計主體管段長400MM，在漸擴管的前端設有10D直管段，流量計后方直管段長10D。為更準確地獲得錐體附近壓力的變化情況，在網(wǎng)格剖分時，采用size函數(shù)，對錐體附近的網(wǎng)格進行細密的劃分，而遠離錐體的上、下游直管段區(qū)域網(wǎng)格逐漸變得稀疏，網(wǎng)格類型為四面體，網(wǎng)格單元數(shù)量約60萬。三維幾何模型與網(wǎng)格剖分如圖2所示。
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