上仪基于CFD仿真的旋进漩涡流量计流场特性研究

　　本文基于计算流体力学(CFD)技术，对旋进漩涡流量计的内部流场特性进行仿真研究。通过构建三维数值模型，分析不同工况下旋涡生成、传播及衰减规律，揭示流量计内部压力分布、速度矢量场及涡核运动特性。研究结果表明，优化起旋器结构参数可显著降低压力损失并扩展量程比，传感器体积对流场干扰的仿真结果与实验数据吻合度达92%，为高精度流量测量提供理论支撑。

　　旋进漩涡流量计凭借其无机械转动部件、耐腐蚀性强及高稳定性等优势，在石油、化工、电力等*域广泛应用。然而，传统实验方法难以直观解析内部复杂流场结构，而CFD技术可通过数值模拟实现流场可视化分析。本文以上仪公司某型号旋进漩涡流量计为研究对象，采用FLUENT软件开展流场特性研究，重点探讨起旋器结构参数与传感器体积对测量精度的影响。

　　研究方法

　　1. 几何模型构建

　　基于SolidWorks建立三维几何模型，包括起旋器、文丘里管、消旋器及检测元件。起旋器采用螺旋形叶片设计，叶片导程为183mm，喉部直径105mm。为消除入口扰动影响，在模型前后分别延伸5D和10D直管段(D为管道内径)。

　　2. 网格划分与边界条件

　　使用GAMBIT软件生成混合网格，对起旋器叶片及涡核区域进行局部加密，总网格数约160万。边界条件设置如下：

　　入口：速度进口，介质为空气，密度1.225kg/m³

　　出口：自由出流

　　壁面：无滑移边界条件

　　采用RNG k-ε湍流模型模拟强旋流特性，非定常时间步长取脉动周期的1/30。

　　3. 仿真工况设计

　　设置5组流量点(120、300、750、1200、2100m³/h)，分别模拟不同流速下的流场特性。同时，对比分析传感器体积对压差信号的影响，验*取压点位置的合理性。

　　结果与讨论

　　1. 旋涡生成与传播特性

　　仿真结果显示，流体经起旋器后形成稳定旋涡流，涡核直径随流速增加逐渐缩小，强度增强。在文丘里管收缩段，旋涡加速并沿轴线螺旋进动，进动频率与流速呈线性关系(R²=0.997)。这一现象与Dijstelbergen的实验研究结果一致，验*了仿真模型的可靠性。

　　2. 压力损失与量程比优化

　　通过调整起旋器导程及喉部直径，发现：

　　方案A(导程增至210mm)：压力损失降低18%，但低流速区仪表系数非线性度增加至1.2%

　　方案B(导程210mm+喉部直径115mm)：压力损失降低23%，量程比扩展至1:25，仪表系数非线性度控制在0.8%以内

　　优化后流量计在2100m³/h高流速下的压力损失仅为原型的77%，显著提升大流量测量能力。

　　3. 传感器体积对流场干扰

　　仿真发现，压电传感器探针占据流体域后，局部流速降低约3.2%，导致压差信号衰减。去除传感器体积后，仪表系数K值与实验值误差从8.6%降至2.1%，表明传感器体积是影响低流速测量精度的关键因素。*佳取压点位于文丘里管喉部下游3D处，此处压差信号强度*大且受涡核波动影响*小。

　　4. 流场可视化分析

　　展示了1200m³/h工况下的速度矢量场与压力云图。可见：

　　涡核区域流速高达25m/s，外围环流流速梯度明显

　　*大压力差出现在起旋器出口与文丘里管喉部之间，达12.3kPa

　　消旋器段通过回流作用有效抑制涡核扩散，减少能量耗散

　　1200m³/h工况下流场特性

　　结论

　　旋进漩涡流量计的旋涡进动频率与流速呈严格线性关系，优化起旋器结构可显著降低压力损失并扩展量程比。

　　传感器体积对流场干扰不可忽视，建议采用微型化传感器或非接触式测量技术以减少误差。

　　CFD仿真为流量计结构优化提供了高效工具，后续研究可进一步探索多物理场耦合效应对测量精度的影响。

　　参考文献

　　基于CFD仿真的涡轮流量计动态特性

　　旋进漩涡流量计原理及特点介绍

　　基于CFD的旋进旋涡流量计结构改进设计

　　基于CFD的传感器体积对旋进旋涡流量计的影响