【摘要】：超聲波流量計作為一種較高精度的流體計量工具,在節(jié)能降耗方面發(fā)揮著巨大作用。基于Fluent軟件,選用k-ε模型對超聲流量計基表內(nèi)的流場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,通過計算及結(jié)果分析得到超聲波流量計K系數(shù)及K系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的分布規(guī)律,并探討了超聲波流量計最優(yōu)聲路的選擇,反射柱直徑、換能器露出高度對基表內(nèi)水流特性的影響規(guī)律。數(shù)值模擬對流量計結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)作用。
【圖文】：

ighonflowcharacteristicofthetable．Thenumercialsimulationishelpfulforstructureoptimizationoftheflowmeter．Keywords:Ultrasonicflowmeter;Numercialsimulation;Optimumdesign0前言時差法超聲波流量計是一種利用超聲波信號在流體中傳播時所載流體的流速信息來測量流體流量的測量方法［1］，它具有測量范圍寬、測量精度高、使用方便、安裝簡單等特點(diǎn)。超聲波反射裝置由表面光滑的合金制成，它在傳送超聲波信號的同時，也阻礙流體通過，使得流量計內(nèi)水流特性非常復(fù)雜。工程人員進(jìn)行流量計結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，需考慮圖1所示反射柱直徑d、換能器露出高度H、兩反射柱距離L、縮管直徑D等結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖1超聲波基表主要結(jié)構(gòu)參數(shù)本文作者基于Fluent流體軟件，通過數(shù)值模擬來研究反射裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)對基表水流特性的影響規(guī)律，為流量計基表結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。1K系數(shù)根據(jù)超聲波流量計測量原理可知，流量計測量的流速為超聲波傳播路徑上的線平均速度，而非測量截面內(nèi)流體的面平均速度，需引入修正系數(shù)K對其速度進(jìn)行修正［1］。K系數(shù)定義為:K=v/u(1)式中:v為超聲波傳播路徑上的線平均流速;u為管道橫截面的面平均流速。K系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差定義為:ΔK=(K1－K－)2+(K2－K－)2+…+(KN－K－)2i酦(2)式中:ΔK為K系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差;K1，K2，…，Kn為N條不同聲路上的K系數(shù)值;K－為這N個系數(shù)值的平

均值。目前，K系數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)差已成為衡量超聲波反射裝置、超聲波聲路優(yōu)劣的主要依據(jù)［2］。本文對聲路的定義如圖2所示:以反射面中心為基準(zhǔn)，往外每增加0.5mm進(jìn)行劃線，分別標(biāo)記為Line0，Line1，…，LineN，對應(yīng)的K系數(shù)依次編號為K1，K2，…，Kn。不同聲路的K值可以通過Fluent后處理功能獲齲圖2超聲波聲路布置2反射柱直徑對基表水流特性的影響規(guī)律為了研究反射柱直徑對基表水流特性的影響規(guī)律，文中選取了5組不同的直徑數(shù)值，分別為d=11.2、12.6、14.0、15.4、16.8mm�；砥溆嘟Y(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，換能器露出高度H=11.4mm，縮管直徑D=14mm，反射裝置軸向距離L=72mm。分別按照上述參數(shù)建模，并基于Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，以探討不同反射柱直徑對基表內(nèi)水流特性的影響規(guī)律。圖3反映了不同反射柱直徑對各聲路K系數(shù)的影響規(guī)律。由圖可知，盡管反射柱直徑不同，但各聲道K系數(shù)的變化規(guī)律基本一致，從中心聲道Line0到第14聲道Line14基本上呈先降后升的趨勢，，各聲路升降轉(zhuǎn)折拐點(diǎn)并不相同。d=11.2mm時，K系數(shù)前幾條聲路相對平緩。隨著反射柱直徑d的增加，1－6聲路K系數(shù)下降幅度明顯增大，這是由于隨著反射柱直徑的增大，其阻流效果越發(fā)明顯所致。圖中第五條聲道Line5(即橫坐標(biāo)5對應(yīng)的K值)為不同反射柱直徑K系數(shù)相交點(diǎn)，說明該聲路K系數(shù)最為穩(wěn)定，不會隨反射柱直徑的變化而產(chǎn)生顯著變化。圖3反射柱直徑對各聲路K系數(shù)的影響規(guī)律圖4反映了不同反射柱直徑對K系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的影響規(guī)律。由圖可知，當(dāng)反射柱直徑較小時，K系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差較校隨著反射柱直徑的增大，如d=16.8mm時，K系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差呈明顯增大趨勢，這是由于隨著反射柱直徑的增大，反射裝置與基表內(nèi)表面之間的過流面積明顯減小，流體承受阻流作用增大，流體只能以?

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本文編號：2570137