不同截流下BURKERT流量計的流動特性

    不同截流下BURKERT流量計的流動特性
    BURKERT流量計對于渦街流量計的旋渦發生體的仿真研究主要集中在形狀和尺寸上，但在現場復雜工況環境的情況下，發生體的位置并不是固定不變的，會存在安裝偏差。為了很好的分析發生體安裝偏差帶來的信號強度發生變化的問題，確定不影響信號強度的大偏差角度，采用三角柱型發生體，在Ansys+Workbench＋FLUENT數值仿真軟件平臺環境下，根據渦街流量計的實際物理結構尺寸建立仿真模型，并對其進行網格劃分、求解，將仿真得到的升、阻力頻率相比較，得出阻力頻率正好是升力頻率的2倍，表明可以利用FLUENT軟件對渦街流量計進行三維流場數值仿真。后利用FLUENT軟件，通過改變管截面與截流面的夾角，在低、中、高速流速下，對其進行取壓，將得到的信號強度和頻譜分布進行比較分析，得出夾角與信號強度的關系：夾角在1°～7°范圍，對信號強度的影響不大，超過7°以后影響變大。
    BURKERT流量計數值計算技術的發展，現代模擬仿真技術計算流體力學（cmputational fluid dynamics,CFD）也隨之而生。
    它是對純理論和純實驗方法很好的促進和補充。ＣＦＤ作為門新興學科，它力求通過數值實驗替代實物實驗，采用虛擬流場來模擬真實流場內部的流體流動情況，從而使得實驗研究更加方便，研究場景更加豐富可編程［2－5］。
    FLUENT軟件提供了多種基于非結構化網格的復雜物理模型，并針對不同物理問題的流動特點創建出不同的數值解法［6］。用戶可根據實際需求自由選擇，以便在計算速度、穩定性和精度等方面達到提高設計效率。
    關于渦街流量計的發生體數值模擬研究，主要集中在渦街發生體形狀和尺寸上［7－10］。Ｙａｍａｓａｋｉ指出發生體的形狀與幾何參數和渦街流量計的流量特性（儀表系數、線性度、重復性、測量范圍）與阻力特性存在相當大的關聯關系。Ｓ．Ｃ．Ｌｕｏ等人研究旋渦發生體尾緣形狀以及迎流角度對渦街的影響，在風洞和水槽實驗中，得出在全長相等的情況下，旋渦強度隨尾緣夾角的增大而減小。彭杰綱等人在50mm口徑管道氣流量實驗中，通過對不同尾緣夾角角度的旋渦發生體進行實驗研究，得出旋渦發生體尾緣的夾角為41．8°時具有很好的線性度。賈云飛等人通過對二維渦街流場中的壓力場進行數值仿真研究，得出Ｔ形發生體產生的旋渦信號的強度要優于三角柱發生體。
    BURKERT流量計利用流體振動原理進行流量測量［11］。選取了應力式渦街流量計進行研究。它通過壓電檢測元件獲取電壓頻率，再根據流體流量與渦街頻率成正比得出被測流量。在過去的渦街流量計研究中，直將研究放在真實流場實驗中，但這需要重復更換口徑、調節流量，大大降低了工作效率。為解決此問題，采用三維渦街流場數值分析的方法對內部流場的變化進行研究。
    BURKERT流量計軟件對三維渦街流場進行數值仿真，并將不同流速下的升、阻力系數進行比較，驗證數值仿真可行性。并通過改變管截面與截流面之間的夾角，在低、中、高速流速下，進行取壓，終得出隨著夾角的不同，信號強度不同。夾角在1°～7°范圍，對信號強度的衰減影響不大，超過7°以后對信號強度影響變大，并隨著流速的增加，趨勢越來越強。
    2升、阻力系數
    旋渦脫落時，流體施加給柱體個垂直于主流的周期性交變作用力，稱為升力［12］。由于柱體兩側交替的釋放旋渦時，剛釋放完渦流的側柱面，擾流改善，側面總壓力降低；將要釋放渦流的另側柱面，擾流較差，側面總壓力較大，從而形成個作用在三角柱上、方向總是指向剛釋放完渦流那側的作用力，所以升力的交變頻率和旋渦的脫落頻率致，升力的變化規律和旋渦的變化規律致，因而通過監視柱面上的升力變化規律，可以反映旋渦脫落規律。阻力系數反映的是柱體迎流方向上的作用力變化情況，每當柱體兩側不管哪邊的釋放旋渦次，迎流方向上的作用力都會隨壓力變化有規律地變化次，因此，升力系數變化的個周期內，阻力系數變化為兩個周期。
    3三維渦街流場模擬的可行性分析
    3．BURKERT流量計幾何建模與網格劃分
    BURKERT流量計是在ANSYS Workbench中建立的三維渦街流量計幾何模型。其中管道口徑50mm，管道長1000mm，旋渦發生體截流面寬度14mm，管截面與截流面夾角為α。
    有些渦街傳感器在口徑選型上或者在設計選型之后由于工藝條件變動，使得選擇大了―個規格，實際選型應選擇盡可能小的口徑，以提高測量精度，這方面的原因主要同問題①、③、⑥有關。比如，條渦街管線設計上供幾個設備使用，由于工藝部分設備有時候不使用，造成目前實際使用流量減小，實際使用造成原設計選型口徑過大，相當于提高了可測的流量下限，工藝管道小流量時指示無法保證，流量大時還可以使用，因為如果要重新改造有時候難度太大．工藝條件的變動只是臨時的。可結合參數的重新整定以提高指示準確度。
    2、安裝方面的問題。主要是傳感器前面的直管段長度不夠，影響測量精度，這方面的原因主要同問題①有關。比如：傳感器前面直管段明顯不足，由于FIC203不用于計量，僅僅用于控制，故目前的精度可以使用相當于降使用。
    3、參數整定方向的原因。由于參數錯誤，導致儀表指示有誤．參數錯誤使得二次儀表滿度頻率計算錯誤，這方面的原因主要同問題①、③有關。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準，實際滿度頻率大干計算的滿度頻率的使得指示大范圍波動，無法讀數，而資料上參數的不致性又影響了參數的終確定，終通過重新標定結合相互比較確定了參數，解決了這問題。
    4、二次儀表故障。這部分故障較多，包括：次儀表電路板有斷線之處，量程設定有個別位顯示壞，K系數設定有個別位顯示壞，使得無法確定量程設定以及K系數設定，這部分原因主要向問題①、②有關。通過修復相應的故障，問題得以解決。
    5、四路線路連接問題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細檢查，有的接頭實際已松動造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問題緊固螺釘卻緊固在了線皮上，也使得回路中斷，這部分原因主要同問題②有關。
    6、二次儀表與后續儀表的連接問題。由于后續儀表的問題或者由于后續儀表的檢修，使得二次儀表的mA輸出回路中斷，對于這類型的二次儀表來說，這部分原因主要同問題②有關。尤其是對于后續的記錄儀，在記錄儀長期損壞無法修復的情況下，定要注意短接二次儀表的輸出。
    7、由于二次儀表平軸電纜故障造成回路始終無指示。由于長期運行，再加上受到灰塵的影響，造成平軸電纜故障，通過清洗或者更換平軸電線，問題得以解決。