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都会燃气用孔板流量计的数值摹拟的模型详细阐发

作者: 来源: 公布时候:2022-02-16 17:50:41

 摘 要:孔板流量计是都会燃气计量用差压式流量计中比较遍及且具有代表性的流量计,本文切磋引发燃气输差的启事、影响流量计精度的身分,包含对管道不合的取压体例、孔板的直径比、管道流量转变等身分,经由过程操纵 ANSYS FLUENT 软件数值摹拟阐发,经由过程实际公式与经历公式进行计较对比,切磋不合取压体例、直径比、管道流量等身分对流量计测量精度的影响,从而进步孔板流量计的测量精度。

 
跟着自然气在环球洁净动力布局中所占的比重愈来愈年夜,自然气管网体系日趋生长壮年夜,同时也鞭策了计量流量计的疾速生长[1]。自然气的井口产量值与到达用户中的产量值不克不及完整分歧,即存在输差。造成输差征象的启事有很多,首要有管网漏输、计量偏差、抄收漏收和窃气丧失等。计量装配引发的输差问题不但较为埋没,不容易被察看到,影响也较年夜。本文首要对孔板流量计进行研究阐发,孔板流量计的事情道理是充满管道的流体在流经管道内的节流装配时,在节流件四周造成部分收缩,流速增加,在其上、下流两侧产生静压力差,流体的流速越年夜,产生的压差也就越年夜,所以可以经由过程测量压差来计较流过孔板流量计的自然气的流量年夜小。
 
1 孔板流量计的流出系数 
流出系数 C 是影响孔板流量计计量精度的一个非常关头的量,它是不克不及够实际测量的数值,标准孔板流量计的计量精度在不异的密度、压差等参数下,取决于流出系数的切确度,是以,重点会商流出系数对标准孔板流量计计量精度的影响是非常有需求的。 
 
按照国标 GB/T2624-2008,流出系数的实际公式为经由过程节流装配的实际流量值与实际流量值之比[2]。对不成紧缩流体,流出系数为
不可压缩 流体,流出系数
按照国标 GB/T2624-2008,流出系数的经历公式为里德-哈里斯、加拉赫公式。
流出系数的经验公式为里德 -哈里斯、加拉赫公式
 
2 数值摹拟体例与模型
2.1 建立多少模型、分别网格 
本文建立一条直径 D 为 100mm 的自然气管道,采取孔板流量计计量流量,按照设想标准,孔板前直管段设为10D=1000mm,后直管段设为 5D=500mm。操纵 Proe4.0 软件建立二维、三维多少模型;网格分别是下一步进行数值摹拟的关头,CFD 中的网格分别一般可分为布局化网格和非布局化网格两种,布局化网格的切确度要高于非布局化网格,本文首要采取布局化网格,孔板流量计的三维网格模型如图1。
 三维孔板流量计网格模型
2.2 挑选湍流模型 
Fluent 软件供应的湍流模型包含 Spalart-Allmaras 模型、标准 k-e 模型、RNG k-e 模型、带旋流修改 k-e 模型、k-ω模型、压力修改 k-ω模型、雷诺应力模型、年夜旋涡摹拟模械寥。此中,RNG 模型适合摹拟流线曲折程度较年夜的湍流,更适合摹拟节流孔板处的流体活动。输气管道设想日输气量为 2.2×105m3、压力为 5MPa、温度 15℃等参数,可计较得被测管道内的自然气的流速为 6.7m/s,而甲烷的活动黏度为 17.071mm2/s,可计较得雷诺数为 38688,因为38688>2300,所以此时管道内得活动为湍流,挑选k-epsilon(2epn)的 RNG 模型。 
 
3 数值成果阐发
3.1 二维孔板流量计直径比转变影响 
别离在 0.2、0.4、0.5、0.6、0.8 这五种环境下转变β值,管道管径为 DN100,孔板流量计的上游 10D、下流 5D长度,E=3mm、e=1mm、F=45°、孔板的取压体例为径距取压[3],经由过程 Fluent 软件进行摹拟计较得出成果,读出孔板前后的压力值即压差△P,从而可以获得按照这五种不合直径比摹拟计较获得的流出系数 C´,再按照经历公式计较获得流出系数 C,计较成果见表 1。
 管径 DN100 不同直径比下的流场模拟结果
由上表可知,数值摹拟流出系数 C´均年夜于由经历公式计较获得的流出系数 C,当直径比β由 0.2 增年夜到 0.6 时,数值摹拟流出系数 C´随之减小;当直径比β由 0.6 增年夜到0.8 时,数值摹拟流出系数 C´随之增年夜。
直径比为 0.5 时的压力云图和速度云图
由图 5、图 6 可以看出,流体在活动过程中,跟着孔径增年夜,孔板的节流效应变小,流体所受的阻力变小,流体的流速增加变缓,流体的压力丧失即压差变小,所以孔板前后流体的压差随直径比的增年夜而减小。 
 
当孔板直径比β在 0.4~0.6 之间时,数值摹拟的流出系数的相对偏差δ较小,即孔板流量计的计量偏差较小,是以,在利用孔板流量计时建议挑选直径比在 0.4~0.6 之间的孔板流量计。 
 
3.2 三维孔板流量计流量转变影响
流量与相对误差关系
别离在 1.00、3.61、5.45、7.24、10.80、14.44、18.10、35.17、108.49、180.80、这十种环境下转变流量值,经由过程Fluent 软件进行摹拟计较得出成果,读出孔板前后的压力值即压差△P,从而可以获得按照这十种不合流量值摹拟计较获得的流出系数 C´,再按照经历公式计较获得流出系数C,计较成果见图 2。 
 
由图 2 可知,当经由过程孔板流量计的流量在7.24~18.1m3/h 之间时,数值摹拟的流出系数的相对偏差δ较小,即孔板流量计的计量偏差较小,是以,在利用孔板流量计时建议将流量调至 7.24~18.1m3/h 之间。 
 
3.3 不合取压体例对孔板流量计测量精度的影响 
标准节流装配规定的取压体例有角接取压、法兰取压、径距取压三种,取压点地位不合,用同一节流元件在同一流量下所获得的差压年夜小也不合,故流量与差压之间的关系也将产生转变。流出系数 C 是影响流量计的测量精度的一个首要身分,该摹拟就是经由过程计较比较三种不合取压体例的流出系数相对偏差,从而获得那种取压体例的测量精度更高,而流出系数 C 与流量计的压差有关,经由过程 FLUENT 软件的摹拟获得不合取压体例下孔板前后取压面处的均匀压力,获得压差△P,计较出不合取压体例下的按照摹拟数据计较出的流出系数 C’,再求出国标中经历公式的流出系数 C,进而比较相对偏差。为切磋不合取压体例对孔板流量计测量精度的影响,建立孔板流量计模型:管内径 100mm,缩径孔直径50mm(直径比为 0.5),上游管段 1000mm,下流管段 500mm,拔取自然气为不成紧缩活动介质。 
 
按照摹拟所获得的数据求出三种取压体例的流出系数C’,再求出国标中经历公式三种取压体例的流出系数 C,计较成果以下表 2 所示。
不同取压方式对比表
按照计较成果表白径距取压和法兰取压的相对偏差较小,而经由过程察看角接取压合用于年夜管径的取压,所以挑选法兰取压和径距取压更好。 
 
4 结 论 
基于 ANSYS FLUENT 进行二维孔板流量计的直径比转变、三维孔板流量计的流量转变数值摹拟、可以阐发获得当孔板直径比β在 0.4~0.6 之间,流量在 7.24~18.1m3/h 之间不时,流出系数的相对偏差δ较小,即孔板流量计的计量偏差较小。是以,在利用孔板流量计时建议挑选直径比在0.4~0.6 之间、流量调至 7.24~18.1m3/h 之间的孔板流量计。三种取压体例中,优选法兰取压和径距取压体例。

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