Исследование некруглой проточной части вихревого датчика расхода и определение степени влияния деформации на амплитудно-частотные характеристики
Автор: Шулев Игорь Станиславович
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 2 т.16, 2016 года.
Бесплатный доступ
Изложены результаты исследования проточной части вихревого расходомера. Произведена верификация результатов численного моделирования течения в проточной части вихревого расходомера с физическим экспериментом. При моделировании течения в пакете COSMOS FlowWorks использовалась «k-e»-модель турбулентности. Расчет выполнялся на прямоугольной расчетной сетке, содержащей до 3,5 млн расчетных ячеек на заданной проточной части. Относительная погрешность численного моделирования составляет не более ±10,0 % для крайних точек скоростей потока и не более ±5 % для середины диапазона скоростей потока. При моделировании гидрогазодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера для получения результата с относительной погрешностью не более ±5 % достаточно ограничиться числом расчетных ячеек не более 3,0 млн. Представлены результаты численного эксперимента с деформированной проточной частью в форме овала, а также с литейными уклонами и радиусами и показана степень влияния деформации проточной части вихревого расходомера для сжимаемой (воздух) и несжимаемой среды (вода) на амплитудно-частотные характеристики. Выявлено, что проточная часть, деформированная в направлении тела обтекания в эллипс, обладает наибольшей стабильностью и постоянством критериального числа Струхаля по сравнению с расчетной геометрией. Данные выводы послужили основанием для создания нового типа проточной части для вихревого расходомера (Патент на полезную модель № 140006 «Проточная часть для формирования потока в системах измерения расхода жидких и газообразных сред»). В качестве направлений будущих исследований целесообразно сосредоточится на исследовании влияния деформированной геометрии на стабилизацию генерацию вихрей при малых числах Рейнольдса, а также поиска оптимальной геометрии, способной расширить диапазон генерации стабильных вихрей в области малых чисел Re.
Вихревой расходомер, тело обтекания, дорожка кармана, моделирование внутренних течений
Короткий адрес: https://sciup.org/147151719
IDR: 147151719 | УДК: 681.121 | DOI: 10.14529/engin160201
Investigation of non-round flow part of vortex flowmeter and determination of deformation influence on frequency response
The paper presents the results of research flow of the vortex flowmeter. Produced verification of the results of numerical simulation of the flow of the vortex flowmeter with a physical experiment. In the simulation of flow in the COSMOS FlowWorks package used “k-e” turbulence model. The calculation was carried out on a rectangular computational grid, containing up to 3.5 million cells at a flow part. The relative numerical simulation error is less than ± 10.0% for the extreme points of the flow rate and no more than ± 5% for the mid-range of flow rates. In the simulation, hydro-flow processes in the vortex of the flow-meter to produce a result with a relative error of ± 5% is sufficient to restrict the number of computational cells is not more than 3.0 million. The results of the numerical experiment with a deformed part of the flow in the form of an oval, as well as casting slopes and radii and shows the degree of influence of the deformation of the flow vortex flowmeter for compressed (air) and incompressible medium (water) on the amplitude-frequency characteristics. It was revealed that the flow part, deformed in the direction of flow of the body into an ellipse, has higher stability and permanence criterion Strouhal number compared to the estimated geometry. These findings have led to the creation of a new type of flow part for vortex flowmeter (utility model patent № 140006 “Flow part for the formation of the flow rate of liquids and gases measurement systems”). As the directions of future research should be focused on the study of the influence of the deformed geometry to stabilize the generation of vortices at low Reynolds numbers, and find the optimal geometry that can extend the range of stable vortex generation in small numbers Re.
Список литературы Исследование некруглой проточной части вихревого датчика расхода и определение степени влияния деформации на амплитудно-частотные характеристики
- Venugopal A. Review on Vortex Flowmeter -Designer Perspective. Sensors and Actuators, 2011, iss.170, pp. 8-23.
- Von Karman T. Über den Mechanismus des Widerstandes, den ein bewegter Körper in einer Flussigkeit erzeugt. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, ser. Mathematisch-Physikalische Klasse, 1911, pp. 509-517.
- Yamasaki H., Rubin M. The Vortex Flowmeter. Flow Measurement and Control in Science and Industry, USA, 1974, pp. 975-983.
- Кремлевский, П.П. Расходомеры и счетчики количества: справ. Л.: Машиностроение, 2004. 701 с.
- Pankanin G. L. The Vortex Flowmeter: Various Methods of Investigating Phenomena. Measurement Science and Technology, 2005, no. 16(3), pp. 1-16.
- Chaplin, J.R. Computer Model of Vortex Shedding from a Cylinder. Journal of the Hydraulics Division, 1973, pp.155-165.
- Igarashi T. Fluid Flow Around a Bluff Body Used for a Karman Vortex Flowmeter. Proc. of International Symposium on Fluid Control and Measurement FLUCOME TOKYO'85, 1985, pp. 1017-1022.
- Johnson W., Sproston J.L., Wahed A.E. Numerical Study of Vortex Shedding from Different Shaped Bluff Bodies. Flow Measurement Instruments, 1993, vol. 4 (4), pp. 233-240.
- Hebrard P., Malard L., Strzelecki A. Experimental Study of a Vortex Flowmeter in Pulsatile Flow Conditions. Flow Measurement Instruments, 1992, vol. 3, pp. 173-186.
- Jan Y., Sheu J.T.W.H. A Numerical Confirmation of the Dual Body Vortex Flowmeter Design. Comput. Fluids, 2004, vol. 33, pp. 1157-1174.
- Pankanin G.L. Experimental and Theoretical Investigations Concerning the Influence of Stagnation Region on Karman Vortex Shedding. IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2007, pp. 55-57.
- Cambier P., Vandermar S., Lavante E.V., Banaszak U., Krisch H., Tournillon S. Numerical and Experimental Study of Effects of Upstream Disturbance on Accuracy of Vortex-Shedding Flow Meter. XIX IMEKO World Congress Fundamental and Applied Metrology, 2009, vol. 1, pp. 15-18.
- Benson R.A., Bentley J.P. The Optimization of Blockage Ratio for Optimal Multiple Bluff Body Vortex Flowmeters. Fluid Measurement and Visualization FLUCOME’94, 1994, pp. 887-891.
- Kalkhof H.G. Influence of the Bluff Body Shape on the Measurement Characteristics of Vortex Flowmeters. Proc. Conf. on Metering of Petroleum and its Products, 1985, pp. 45-56.
- Volynkin V.N., Lur’e M.S., Sheinin E.M. The Effect of Roughness of the Inner Surface of the Pipeline on the Error of Measurement Using Immersed Vortex Flowmeter. Measurement Technology, 2006, iss. 49 (2), pp. 158-162.
- Igarashi T. Fluid Flow Around a Bluff Body Used for a Karman Vortex Flowmeter. Proc. International Symposium on Fluid Control and Measurement FLUCOME TOKYO'85, 1985, pp. 1017-1022.
- von Lavante E., Nath B. Influence of Shape Deviations on the Measurement Precision of Vortex Flow Meters. Proc. International Conference of Flow Measurement FLOMEKO, 2003, pp. 208-213.
- Bentley J.P., Benson R.A., Shanks A.J. The Development of Dual Bluff Body Vortex Flowmeters. Flow Measurement and instrumentation, 1996, vol. 7, no. 2, pp. 85-90.
- Cousins T.A., Foster S.A., Johnson P.A. Linear and Accurate Flowmeter Using Vortex Shedding. Proc. Power Fluid for Process Control Symposium, 1973, pp. 45-56.
- Ghaoud T., Clarke D.W. Modeling and Tracking a Vortex Flow-Meter Signal. Flow Measurement and Instrumentation, 2002, vol. 13, no. 3, pp. 103-117.
