介质粘度对涡轮流量计仪表系数影响研究 陈刚.doc

中国工程热物理学会 流体机械 学术会议论文 编号：097095 介质粘度对涡轮流量计仪表系数影响研究 陈刚1，2，吴玉林2，曹广军1，傅苏红1，李明杰3 （1中国人民解放军总后勤部油料研究所，北京，102300） （2清华大学热能工程系，北京，100084） （3天津新科成套仪表有限公司，天津，300385） (Tel:010 Email:gang-chen05@mails.tsinghua.edu.cn) 摘要：本文基于变转速旋转参考坐标系下的暂态湍流控制方程，利用叶轮驱动力矩、粘度摩擦阻力矩和轴承摩擦阻力矩构成的叶轮力矩平衡理论推导了相应动量方程的源项表达式，以此为基础实现涡轮流量计的暂态非定常数值标定。利用该方法研究了涡轮流量计测量不同粘度介质时仪表系数的变化情况，揭示了粘度对流量仪表系数的ABSTRACT: The meter factor of turbine flowmeter is predicted from the thesis of torque balancing on the impeller in the paper. Governing equations based on variable rotating speed reference frame has been derived and established, and the new source items of momentum equations have been put forward. Based on the equations, and considering the bearing friction drag torque, the unsteady flow simulation of the turbine flowmeter is conducted at different viscosity. The calculated results have been compared with the calibration test of turbine meter. Good agreement have showed that the reliability of the prediction method. Also, the relation between meter factor and flowrate showed nonlinear when it used to measure high viscosity liquid. KEY WORDS：turbine flowmeter; meter factor; transient unsteady numerical simulation; viscosity. 0 前言 流体粘度变化是影响涡轮流量计特性曲线、线性度的重要因素。为了拓展其应用范围，国内外学者对涡轮流量计在不同粘度介质中的特性进行了大量的理论研究和试验研究。Furness[1]和Baker [2]等对这方面的研究工作进行过总结，但受到流体力学理论发展的限制，过去的研究通常以试验为主，或者通过解析的方法进行研究。国内孙立军[3]等利用标准称重法和标准表搭建了标定试验台研究粘度对测量精度的影响，测量介质分别为水、柴油和甲基纤维素水溶液，其中甲基纤维素水溶液的运动粘度为4.816(10-5m2/s。 曹广军[4]利用活塞式标准体积管研究了粘度对流量计仪表系数的影响，其标定介质运动粘度范围为1(10-6m2/s～2.10(10-4m2/s 之间，得到了涡轮流量计测量粘性介质时的特性 资助项目：国家自然基金重点项目：(No.；总后勤部军需物资油料部科研项目微团的连续方程 （1） （2） （3） ：单位体积流体所受的质量力； ：单位体积流体所受压力的合力； ：粘性变形应力； ：代表流体的动力粘性系数； ：代表应变率张量。 方程（2）中表示暂态非定常数值模拟中所使用的动量方程的源项形式： （） ，通过转动惯量将转动力矩和转动角速度联系起来： （） 即为作用于叶轮的各种力矩之合力矩，为叶轮的旋转角速度，为叶轮绕轴，简称为驱动力矩；流体作用于叶轮上的z方向上的粘性阻力矩，简称为粘性阻力矩；以及来自轴承的机械摩擦阻力矩，简称为轴承摩擦阻力矩。即： （） RNG湍流模型