基于CFD的锥管浮子流量计结构优化.pdf

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传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies)
2011年第30卷第3期
y
务设计与制造
基于CRD的锥管浮子流量计结构优化
朴立华,2,张涛,马艳芳2,王军朋
(1.天津大学过程检测与控制重点实验室,天津300072;
2.石家庄铁路职业技术学院,河北石家庄050041)
摘要:针对量程上限为100m3/h的DN100金属锥管浮子流量计存在的応力损失大、稳定性差、加工难
度大、造价高等问题,应用计算流体动力学(CFD)方法,设计并优化浮子流量计的结构参数。利用GAM-
BT的 Size Function功能加密网格,提高计算精度,利用“浮子受力平衡度误差分析法”逐步调整入门流
速,对浮子流暈计的三维流场进行数値计算。结果表明:采用CFD数值计算与物理实验槄结合的方法设
计和优化浮子流量计,既达到了预期的设计日标,又可以改善浮子流量计的性能,同时减少了设计周期和
设计成本。
关鍵词:浮子流量计;计算流体动力学;优化;物理实验
中图分类号:'TH814
文献标识码
文章编号:1000-9787(2011)03-0090-04
Structural optimization of mental cone rotameter
based on CFD
PIAO Li-hua ZHANG Tao. MA Yan
Wangjun-peng
(1. Key Laboratory of Process Measurement and Control, Tianjin University, Tianjin 300072, China;
2. Shijiazhuang Institute of Railway Technology, Shijiazhuang050041, China
Abstract: Aiming at the problems of large pressure loss, poor stability, difficult to process, higher cost, ete, which
were existing in the DN100 metal core rotameter of range limit of 100 m/h, the computational fluid dynamics
( CFD )method is employed to design and optimize the structural parameters of rotameter. Numerical calculation is
conducted for the 3 D flow field of the rotameter. To improve the computational precision, the size function feature
of GAMBIT is used to get denser mesh. The error analysis method of the float forced balance is adopted to adjust
the inlet flow rate. The results show that desig and optimization of the rotameter using the method of CFD
numerical calculation which combines physical experiment can not only achieve the desired design goals, but also
improve the performance of rotameter, while reducing the design cycle and design costs
Key words: rotameter; computational Auid dynamics(CFD); optimization; physical experiment
年,德国学者 Bueckle U等人首次将CFD引人玻璃管浮子
浮子流量计结构简单、压力损失小、特性稳定、应用而流量计研究中,并采用先进的激光多普勒洌速技术进行实
广,特别是金属管浮子流量计,工作可靠,是过程控制领域验测试,结果表明两者具有较好的一致性2。国内在这
重要的流量仪表之一。目前,为了降低能耗、提高效益,工
方面也进行了长期探索,2004年,天津大学的徐英等人应
业界对流量计的测量范围、精度等级等性能的要求越来越
用CFD技术对浮子流量计的三维流场进行了数值研究
高。对于产品的改型,传统上主要是以伯努利方程和连续
然而其工作没有考虑浮子流量计的全部结构,仿真结果不
性方程为依据,依靠生产者的经验以及反复实验进行。然能反映流体的实际流动形态,也没有将研究成果直接转化
而,由于浮子流量计结构复杂、各结构参数之间相互关联,
为产品。
利用传统方式改型成本高,周期长,给新产品开发带来较大
本文利用CFD方法建立与浮子流量计的结构型式完
困难。计算流体动力学( computational fluid dynamics,CFD
全相同的数值计算模型,优化100mm日径(简称DN100
为解决这一问间题提供了新途径。与物理实验方法相比
金属管浮子流量计的结构,满足设计目标的要求,并可靠运
CFD方法具有成本低、周期短、提供信息详实等优势。1992
行于工业现场。
收稿日期:2010-07-14