CN109117579A - 一种多孔孔板流量计的设计计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于管道中流体流量测量技术领域，尤其涉及一种多孔孔板流量计的设计计算方法。其能解决现有方法对多孔孔板流量计进行计算时，计算过程困难、繁琐而且得到的数据不精确的问题。包括以下步骤：步骤1、建立多孔孔板流量计的流体域几何模型。步骤2、对所建立的多孔孔板流量计的流体域进行有限元网格划分。步骤3、设定流体域的边界条件。步骤4、设定流体介质的密度和动力学粘度以及可压缩流体的相关参数。步骤5、求解得到流体域内部介质的流量分布云图和压强分布云图。步骤6、获得该种多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系。步骤7、对该种多孔孔板流量计的分度值和量程进行标记。

Description

一种多孔孔板流量计的设计计算方法
技术领域
本发明属于管道中流体流量测量技术领域，尤其涉及一种多孔孔板流量计设计计算方法。
背景技术
流量计大批量使用于流体工程中的管道流体流量测量，常见的流量计有浮子流量计、孔板流量计，文丘管流量计等。传统流量计具有计价高、体积大、流阻大、精度低和安装困难等缺点。多孔孔板流量计概念的提出，解决了单孔孔板流量计的体积大和流阻大等问题。
2005 年，化学工业出版社出版的《流量测量装置设计手册》，2010 年4 月出版的第31 卷第2 期《核动力工程》刊登的论文“多孔板流量测量的实验研究”，以及《钢结构》2006年第5 期第21 卷刊登的“基于均匀化方法的多孔板结构设计数值研究”等三篇文献中，分别介绍了多孔板的孔径、开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系和经验公式。但是这些公开的文献中提及的关系式和经验公式均为针对特定条件下，特定多孔孔板结构形式和非可压缩流体的解析计算。它忽略了多孔孔板几何结构和流体的可压缩性对阻力系数、压力损失、流量的影响，因此具有较大的误差和较差的适用性。
本发明中将采用有限元数值模拟的方法针对多孔形式的孔板流量计设计计算，考虑多孔孔板流量计的几何结构和流体可压缩性因素，重新定义每个多孔孔板流量计个体的阻力系数、压力损失和流量之间的关系。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种多孔孔板流量计的设计计算方法，其能解决现有方法对多孔孔板流量计进行计算时，计算过程困难、繁琐而且得到的数据不精确的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括以下步骤。
步骤1、建立多孔孔板流量计的流体域几何模型。
步骤2、对所建立的多孔孔板流量计的流体域进行有限元网格划分。
步骤3、设定流体域的边界条件。
步骤4、设定流体介质的密度和动力学粘度以及可压缩流体的相关参数。
步骤5、求解得到流体域内部介质的流量分布云图和压强分布云图。
步骤6、获得该种多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系。
步骤7、对该种多孔孔板流量计的分度值和量程进行标记。
作为本发明的一种优选方案，所述多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系标定是通过有限元计算的方法进行的。
作为本发明的另一种优选方案，所述多孔孔板流量计的分度值和量程标定是通过有限元计算的方法进行的。
作为本发明的另一种优选方案，所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是建立在多孔孔板流量计几何模型基础之上。
作为本发明的另一种优选方案，所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是建立在可压缩流体基础之上。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明计算方法省略了繁琐且难以精确计算的阻力系数、压力损失和流量值。同时也考虑了多孔孔板流量计几何因素对流量计使用过程中的影响情况。有限元方法计算获得的结果值的精度远远高于经验公式的结果。在流速和压强分布云图中能够更加直观的分析多孔孔板流量计的高压区域流体波动情况和低压区域的流场紊乱情况，而且能够考虑环境因素和流体介质因素，为多孔孔板流量计的实际应用提供理论指导和安全保障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明多孔孔板流量计几何模型示意图。
图2是本发明多孔孔板流量计速度分布矢量图。
图3是本发明多孔孔板流量计压强分布云图。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明采用如下技术方案，包括以下步骤。
步骤1、建立多孔孔板流量计的流体域几何模型。
步骤2、对所建立的多孔孔板流量计的流体域进行有限元网格划分。
步骤3、设定流体域的边界条件。
步骤4、设定流体介质的密度和动力学粘度以及可压缩流体的相关参数。
步骤5、求解得到流体域内部介质的流量分布云图和压强分布云图。
步骤6、获得该种多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系。
步骤7、对该种多孔孔板流量计的分度值和量程进行标记。
优选地，所述多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系标定是通过有限元计算的方法进行的。
优选地，所述多孔孔板流量计的分度值和量程标定是通过有限元计算的方法进行的。
优选地，所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是建立在多孔孔板流量计几何模型基础之上。
优选地，所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是建立在可压缩流体基础之上。
即所述的多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系标定是通过有限元计算的方法进行的。
所述的多孔孔板流量计的分度值和量程标定是通过有限元计算的方法进行的。
所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是建立在多孔孔板流量计几何模型基础之上。
所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是能够考虑流体可压缩性的。
以压力0.2MPa，流速3.14m/s，直管段口径为300mm，小孔截面积为大孔截面积的0.618倍的多孔孔板流量计计算为例：多孔孔板流量计几何模型如附图1，速度分布矢量图如附图2，压强分布云图如附图3。
首先在几何建模软件中建立多孔孔板流量计的几何三维实体模型，利用布尔运算的方法获得对多孔孔板流量计内部的流体域几何模型，并且定义流体域内各个边界条件加载区域的名称；利用网格划分软件，对流体域进行网格划分，划分形式为六面体网格自由划分；在有限元计算软件中加载边界条件，定义流体介质的材料属性，包括密度和动力学粘度以及可压缩流体的相关参数；求解计算得到速度分布矢量图和压强分布云图。多次修改流体入口速度，进行求解计算获得结果云图，记录对应的压降；最终获得流速与压降的关系，确定流量计量程和分度值，同时，观察流速矢量云图获得最佳的压降测量位置，推导出阻力系数，压力损失和流量值的关系。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多孔孔板流量计的设计计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立多孔孔板流量计的流体域几何模型；
步骤2、对所建立的多孔孔板流量计的流体域进行有限元网格划分；
步骤3、设定流体域的边界条件；
步骤4、设定流体介质的密度和动力学粘度以及可压缩流体的相关参数；
步骤5、求解得到流体域内部介质的流量分布云图和压强分布云图；
步骤6、获得该种多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系；
步骤7、对该种多孔孔板流量计的分度值和量程进行标记。
2.根据权利要求1所述的一种多孔孔板流量计的设计计算方法，其特征在于：所述多孔孔板流量计的流量和压降之间的关系标定是通过有限元计算的方法进行的。
3.根据权利要求1所述的一种多孔孔板流量计的设计计算方法，其特征在于：所述多孔孔板流量计的分度值和量程标定是通过有限元计算的方法进行的。
4.根据权利要求1所述的一种多孔孔板流量计的设计计算方法，其特征在于：所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是建立在多孔孔板流量计几何模型基础之上。
5.根据权利要求1所述的一种多孔孔板流量计的设计计算方法，其特征在于：所述的多孔孔板流量计的开孔率与阻力系数、压力损失、流量之间的关系是建立在可压缩流体基础之上。
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