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 | УДК: 681.121 | DOI: 10.14529/engin160205
Determination of optimal parameters of model for investigation of gas-dynamic processes in flow part of vortex flowmeter via numerical simulation
The paper presents results of numerical modeling of flow of the vortex flowmeter for the three grids with different number of cells. The essence of the problem to be solved is to determine the influence of the number of grid cells for the geometry of the flow on the accuracy of the simulation results, and more specifically on the amplitude-frequency characteristics of a vortex flowmeter. To resolve we use the comparison of numerical calculations for the three types of grids one running and one of the current regime. Numerical simulation of the flow of the vortex flowmeter with flow around the body in the form of a wing, carried out with the help of a supercomputer “SKIF-URAL” on the software ANSYS CFX and Cosmos Flow Simulation. To check the reproducibility calculations carried out on three types of grids containing 2 million. Cells, 6 million. And 18 million cells. The frequency of the oscillations of the vortices obtained by applying the method of frequency analysis based on Fourier expansion for the resulting pressure drop on the wing. Results are presented for the incompressible medium (water) as a dependency of the amplitude-frequency characteristics of the time. The dependence of the accuracy of the numerical simulation results, depending on the amount of grid cells. Analysis of the results indicates a satisfactory agreement between the results of numerical simulation and a data of experiment. Relative error data of numerical modeling does not exceed 9%, and the longest match is obtained on computational grid containing 6 million. Cell and using SST-turbulence model (difference of not more than 2.4%). Comparison of the data of numerical and physical experiments showed satisfactory quantitative agreement. As a working mesh is recommended to take a grid containing 6 million cells and using SST-turbulence model.
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
