CFD流动调整器性能评价方法研究

CFD流动调整器性能评价方法研究 第42卷第6期xx年6月中国测试CHINA MEASUREMENTTEST Vo142No6June，xxdoi10118570issn1674-5124xx06008CFD流动调整器性能评价方法研究万勇，陈国宇，冯良锋，刘桂雄，黄乔蔚(1广州能源检测研究院，广东广州510170；2华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)摘要针对当前流动调整器性能评价依赖于具体管道系统，无法及时反馈、改进调整器结构等问题，提出一种基于CFD仿真技术的流动调整器性能评价方法。 首先，建立流动调整器评价方法坐标系，并求解出各采样点坐标；然后，推导管道截面流速场充分发展性的判断依据，进而得出流动调整器整流效果评价指标；最后，采用CFD仿真技术对栅格式流动调整器进行验证实验。 结果表明提出的评价方法能快速、有效地对栅格式调整器下游流场充分发展性进行评判，有助于分析不同雷诺数下调整器性能的变化规律，并验证当584x10e584x10，栅格式调整器下游不规则流场达到充分发展所需最少直管长度仅为不带调整器的0506倍，对加速流动调整器设计、推动流体能源监测具有参考价值。 关键词流动调整器；评价方法；CFD仿真技术；流速场文献标志码A16745124 (xx)06003304Research onperformance evaluation method forCFD-based f low conditionerWAN Yong，CHEN Guoyu，FENG Liangfeng，LIU Guixiong2，HUANG Qiaowei(1Guangzhou EnergyInspection andResearch Institute，Guangzhou510170，China；2School ofMechanical&Automotive Engineering，South ChinaUniversity ofTechnolog y，Guangzhou510640，China)Abstract Asevaluation of the performance of f low conditionermostly dependson thespecif icpipeline system，feedback cannotbe providedin atimely wayfor thepurpose ofstructure designimprovementAs suchan CFDbased evaluationmethodf or flow conditioneriS suggestedFirstthe evaluationeoordinates f orf low conditioneriS establishedand thecoordinate valuesof eachsampling pointare solvedoutNext，the basisfor determiningthe developmentstage ofvelocity distributionof pipecrosssection isderived。 by whichthe evaluationindexes off low conditioner rectifier perfor m anceare obtainedAt last，CFD simulationtechnolog yis appliedf orver ifyingd format f low conditionerThe resultsshowed thatthe proposedevaluation methodis effectivein evaluatingthe gridformatf low conditionerS performance quickly，helpful toanalyze the function off low conditionerS performance onReynolds numbersWhere584xl0Re584xl0。 the requiredstraight pipef orvelocity distribution downstreama gridformat flow conditionerachieving fu11development isonly0506times bythose withoutconditionerIt iSof greatsignif icanceto improvethe flow conditionerdesign andto promotef luidenerg ymonitor ingKeywords flowconditioner；evaluation method；simulation techniqueof putational f luid dynamics；velocity fieldxx一l110收到修改稿日期xx1227基金项目广州市质监局设备专项(xxSB028)；广州市质监局科技计划项目(xxKJ05)作者简介万勇(1975一)，男，吉林德惠市人，高级工程师，主要从事流量容量计量、能源测试、节能技术研究。 34中国测试xx年6月0引言流动调整器是加速不规则流场稳定、消除漩涡等非正常流动对流体影响的重要器件，在流体能源计量与监控、流量监测系统、流量传感器等领域广泛应用1。 常见的流动调整器包括管束式、栅格式、孑L板式等21，由于调整器的形状结构、安装方式直接影响调整器的工作性能，因而工程应用中的调整器经常需针对特定的场合进行设计，因此造成流动调整器结构及性能参差不齐，此外。 不合理的形状结构、不规范的安装方式会导致调整器下游流场紊乱达不到整流效果31，故如何快速、有效地对整流效果进行评价是提高调整器设计效率、保证调整器工作性能的重要保障。 当前流动调整器性能的评价需将调整器安装进管道并根据其下游流量计等器件的性能间接实现，该方法依赖于具体管道系统及流量计，操作繁琐、成本高，既无法在设计阶段及时反馈、改进调整器结构，也不能为合理选取流量传感器安装位置提供参考信息。 近年来，计算流体力学(putationalf luiddynamics，CFD)技术被广泛应用于流量监测领域但研究较集中在不同温度、压力、流量工况及弯管、阀门等扰流件影响下的流量计流场适应性分析【7圳，或者用于研究换能器、反射板等流量计自身结构对流场的影响【10-11，而单独通过CFD技术实现对流动调整器性能进行评价的研究较少_l2_。 本文提出一种基于CFD仿真技术的流动调整器性能评价方法，通过CFD仿真技术实现在设计阶段对流动调整器性能进行测评，并能依据仿真结构及时反馈优化调整器设计以及为流量传感器安装位置提供指导信息。 1流动调整器评价方法流动调整器整流目的是获得与相同工况下直管道内一致的充分发展的流场，故调整器下游流场的充分发展与否直接体现了调整器性能。 首先通过CAD软件建立流域模型并利用ICEM软件进行网格划分，然后根据不同实验组的边界条件分组对纯直管、带调整器双扭弯管、不带调整器双扭弯管进行数值模拟，接着提取仿真结果中采样点的流速，并计算采样点流速相对误差，进而判断截面流场是否达到充分发展，最后得出评价流动调整器的指标。 11采样点坐标建立图1为流动调整器评价方法坐标系图中D l，面为调整器下端面，O点为截面中心。 在距离Dy面Zi zO)的截面内建立平面随动极坐标系，并在截面中取()个咖(，)的圆，其中0No()，0dU，) 在=d(，)的圆上均布坼(f，Ot)个采样点，流动调整器图1流动调整器评价方法坐标系则在平面随动极坐标系中采样点P(k，如，OL)的坐标为(咖，)，其中。 005(k，O)005 (3)【Izi-z,+,l则截面OL为流场最快达到充分发展的截面，且为调整器下游流场达到充分发展所需最少直管长度，即流动调整器整流效果评价指标，越小，表明调整器整流效果越好，流场充分发展越快；若z“相同时，则(k，+)越小，调整器性能越优。 式 (3)中为截面距离准确度，本文取=01mm。 2仿真方案21仿真系统结构图2为仿真系统结构图。 双扭弯管与流动调整器间隔5Dpi，同时双扭弯管上游设置10D直管，流动调整器下游设置100直管。 实验采用栅格式AMCA流动调整器，图3为流动调整器结构形状，其中管道直径Dl,ipe=50mm，调整器长度ZA心=045Dpi=225mm，栅格宽度为0075Doo=375mm。 22仿真条件仿真实验运行压力P=06MPa。 温度T=300K，流体介质为水，水的密度P水=996799kgm，动力粘度水=854x10kg(ms)，入15流速01，05，1，3，5，8，10ms，则雷诺数分别为Re584X106,292107，584x10，175x10，292x10s,46710，584x10。 由于Re均大于2400故实验采用一占模型。 每一个Re图3流动调整器结构形状对应一组实验，相同的工况分别在纯直管、带调整器双扭弯管、不带调整器双扭弯管进行实验。 3仿真结果分析表1为仿真实验结果，以Re为横坐标，最小直管长度z为纵坐标，得到AMCA性能对比分析图(见图4)。 可以看出1)在实验的任一e下，带有AMCA调整器的最小直管长度ZAMCA均远小于不带调整器的。 表明AMCA调整器大大加速了调整器下游流场的充分发展，体现出本文的评价方法可有效反映调整器在实验中的整流效果；2)不管带不带调整器，随着Re的增大，两组实验的最小直管长度均分别呈现对数函数式增长当Re210时，z增速较缓慢，这也是本文评价36中国测试xx年6月表1仿真实验结果l蠢嘣Re10图4AMCA性能对比分析图方法反映出的调整器性能随雷诺数变化的规律；3)经过进一步计算发现，在雷诺数为584x10尺e584x10，ZAMCA基本为0506z。 4结束语本文提出一种基于CFD仿真技术的流动调整器评价方法，并研究了该方法在AMCA栅格式流动调整器上的应用。 仿真分析表明本文所提出评价方法能快速、有效地对栅格式调整器下游流场充分发展性进行评判有助于分析不同雷诺数下调整器性能的变化规律，并验证584x10e584x10时AMCA调整器下游不规则流场达到充分发展所需最小直管长度为不带调整器的0506倍。 为加速流动调整器设计、推动流体能源监测提供参考。 参考文献【1】Measurement ofgas bymuhipath ultrasonicmeters2】【3】AGA XQ98012ooosAmerican GasAssociation，xxERDAL AA numer ical investigation of differentparam-eters thataffect theperformanceof a flowconditionerJFlow Measurement and Instrumentation，1998，8 (2)93-10Z AHMADIAExperimental studyofanew flowconditioner ondisturbed flow inor ifice platemeter ing【JJournal ofFluids Engineering，xx，131 (5)051104【4RIVERA PF，REAL RC，MIRANDA TR，et a1Bifurcated SENwith fluid flow conditionerslJMathematical Problemsin Engineering，xx809526【5XING L，YEUNG H，SHEN J，et a1A newflowconditioner 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