Определение оптимальных параметров цифровой модели при исследовании гидрогазодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера с помощью методов численного моделирования
Автор: Шулев Игорь Станиславович, Сафонов Евгений Владимирович
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 2 т.16, 2016 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты численного моделирования проточной части вихревого расходомера для трех сеток с разным количеством ячеек. Суть решаемой задачи заключается в определении влияния количества ячеек расчетной сетки для геометрии проточной части на точность результатов моделирования, а конкретнее на амплитудно-частотные характеристики вихревого расходомера. Для решения используется метод сравнительных численных расчетов для трех типов сеток одной проточной части и одного режима течения. Численное моделирование проточной части вихревого расходомера с телом обтекания в виде крыла, осуществлялось с помощью суперкомпьютера «СКИФ-УРАЛ» на программном обеспечении ANSYS CFX и Cosmos Flow Simulation. Для проверки сходимости результатов расчеты проведены на трех типах сеток, содержащих 2 млн ячеек, 6 млн ячеек и 18 млн ячеек. Частота колебаний вихрей получена в результате применения метода частотного анализа, основанного на разложении Фурье, для результирующего перепада давления на крыле. Результаты представлены для несжимаемой среды (вода) в виде зависимостей амплитудно-частотных характеристик от времени. Выявлена зависимость точности результатов численного моделирования в зависимости от количества ячеек сетки. Анализ полученных результатов указывает на удовлетворительное согласование результатов численного моделирования между собой и данными физического эксперимента. Относительная погрешность данных численного моделирования не превышает 9 %, при этом наибольшее совпадение получено на расчетной сетке, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности (расхождения не более 2,4 %). Сравнение данных численного и физического экспериментов показало удовлетворительное количественное совпадение. В качестве рабочей сетки рекомендовано принять сетку, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности.
Вихревой расходомер, дорожка кармана, численное моделирование внутренних течений, суперкомпьютер
Короткий адрес: https://sciup.org/147151718
IDR: 147151718 | DOI: 10.14529/engin160205
Список литературы Определение оптимальных параметров цифровой модели при исследовании гидрогазодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера с помощью методов численного моделирования
- Von Karman T. . Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, ser. Mathematisch-Physikalische Klasse, 1911, pp. 509-517.
- Кремлевский, П.П. Расходомеры и счетчики количества: справ. Л.: Машиностроение, 2004. 701 с.
- Pankanin G.L., Kulinczak A., Berlinski J. Sensors and Actuators, 2007, iss. 138, pp. 366-375. DOI: DOI: 10.1016/j.sna.2007.05.005
- Turner J.T., Popiel, C.O., Robinson D.I. Flow Measurement and Instrumentation, 1993, iss. 4, pp. 249-259. DOI: DOI: 10.1016/0955-5986(93)90032-E
- Zhang H.J., Huang Y.M., Sun Z.Q. Flow Measurement and Instrumentation, 2006, iss. 17 (1), pp. 29-38. DOI: DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2005.08.002
- Pankanin G.L. . Measurement Science and Technology, 2005, no. 16 (3), pp. 1-16.
- Chaplin J.R. . Journal of the Hydraulics Division, 1973, pp. 155-165.
- El Wahed A.K., Johnson M.W., Sproston J.L. Numerical Study of Vortex Shedding from Different Shaped Bluff Bodies. Flow Measurement and Instrumentation, 1993, vol. 4, no. 4, pp. 233-240. DOI: DOI: 10.1016/0955-5986(93)90030-M
- Hebrard P., Malard L., Strzelecki A. Flow Measurement Instruments, 1992, no. 3, pp. 173-186. DOI: DOI: 10.1016/0955-5986(92)90033-2
- Johnson W., Sproston J.L., Wahed A.E. Computation of flow in a vortex shedding flowmeter. Flow Measurement and Instrumentation, 1990, vol. 1, pр. 201-208.
- Pankanin G.L., Berliński J., Chmielewski R. Simulation of Karman Vortex Street Development Using New Model. Metrology & Measurement Systems, 2006, vol. XIII (1), pp. 35-47.
- Xiangdong Liu, Yongping Chen, Chengbin Zhang, Mingheng Shi, Yingli Hao. Numerical Study on Flow Patterns and Void Fraction Distribution in Gas-Liquid Two-Phase Flow in Horizontal Pipe under Different Gravities. J. Chin. J. Space Sci., 2012, vol. 03, pp. 383-390.
- 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 DOI: 10.1016/j.compfluid.2003.09.004
- 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 DOI: 10.1109/IMTC.2007.379231
- 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. The Optimization of Blockage Ratio for Optimal Multiple Bluff Body Vortex Flowmeters. Proc. 4th Int. Symp. on Fluid Control, 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.
- Cousins T., Foster S.A., Johnson P.A. A Linear and Accurate Flowmeter Using Vortex Shedding. Proc. Power Fluid for Process Control Symposium, 1973, pp. 45-56.
- Lavante E.V., Perpeet S., Hans V., Poppen G. Optimization of Acoustic Signals in a Vortex-Shedding Flowmeter Using Numerical Simulation. Int. J. Heat Fluid Flow, 1999, no. 20, pp. 402-404 DOI: 10.1016/S0142-727X(99)00004-1
- Sun Z.Q., Zhang H.J., Zhou J.M. Evaluation of Uncertainty in a Vortex Flowmeter Measurement. Measurement, 2008, no. 41 (4), pp. 349-356 DOI: 10.1016/j.measurement.2007.03.001
