流量是化学工业生产过程和科学实验中的重要参数,物料流动介质的流动、配比和输送,都离不开流量的测量和控制。目前石油行业对于流量计十分依赖,从石油的开采、储运、炼制到销售的每一个环节都用到大量的流量计,所以对于流量计的研究又有了新的要求。

涡街流量计是流体振动频率与流速有对应关系的一种新兴流量计,相比于其他流量计,其有着较高的测量精度及量程比,并且结构简单,安装非常方便,参量精度不受被测流体组分、温度、密度、压力影响的特点。但是工程现场较为复杂,涡街流量计能否和在实验室测得的特性一致还是一个未知数。

本文利用Gambit建模,建立了带狭缝、梯形、T型柱三种不同形状的旋涡发生体,对其进行网格划分。利用Fluent软件分别在牛顿流体与非牛顿流体中进行数值模拟。并对测量结果的监测点位置,进行了细致的分析,结果发现监测点的位置并不固定,而是在流场发展充分,旋涡稳定的位置设置监测点效果更好。在牛顿流体中,三种旋涡发生体流场都十分稳定可以形成稳定的旋涡,测量结果带狭缝旋涡发生体测量结果最准确;而在非牛顿流体的幂律流体下,T型柱旋涡发生体形成的旋涡并不稳定,其他两种旋涡发生体表现更佳,测量结果梯形旋涡发生体更为精确。对比两种不同流体下旋涡发生体的各种参数,得到梯形旋涡发生体的性能更佳优良,为本文的最理想的旋涡发生体。证实了被测流体的参数对于流量计的测量还是有一定的影响。

最后,本文对梯形旋涡发生体在幂律流体下进行了结构优化,对不同尾缘角下的梯形旋涡发生体进行了数值模拟。结果显示在当前模型下,梯形旋涡发生体尾缘角为47.2°时表现最为理想。同时改变了平行长度与旋涡发生体长度的比值,发现在相同尾缘角下平行长度与旋涡发生体长度的不同,测量的结果也有所不同,随后在相同尾缘角下,改变其平行长度与旋涡发生体长度的比值进行数值模拟。最后得到在当前模型下,当尾缘角等于45°时,比值为0.15时测量效果最理想;当尾缘角为47.2°时,比值为0.10时测量的精度最准确;当尾缘角为49°时,比值为0.20时测量效果最好。模拟结果与实验结果基本一致,在模拟的同时保证了变量的单一性,对旋涡发生体的设计方面上提供了一些参考价值。