Вихревой метод измерения расхода: модели вихреобразования и современные средства моделирования

Андрей Павлович Лапин, Александр Михайлович Дружков, Кристина Витальевна Кузнецова

Аннотация


Статья посвящена изучению вихревого метода измерения расхода. Вихревые расходомеры получили широкое распространение на практике начиная с 80-х годов прошлого века. С целью улучшения качества измерения стали применяться различные методы исследования таких расходомеров. Методы исследования явления вихреобразования изменялись вместе с развитием технических решений: метод проб и ошибок, анализ измерительного сигнала, исследование поля течения жидкости, визуализация потока, проведение испытаний на испытательном стенде и моделирование. Рассмотрены основные аналитические модели вихреобразования, описанные в зарубежной научной литературе. Развитие вычислительной техники позволило использовать численное моделирование при исследовании вихревого расходомера. Представлены наиболее интересные результаты моделирования процесса вихреобразования, а также сформулированы рекомендации по проведению подобных исследований. Применение программного обеспечения ANSYS CFX при моделировании процесса вихреобразования позволяет учесть все влияющие на точность измерения расхода факторы.

Ключевые слова


вихревой расходомер; модель вихреобразования; вихревая дорожка Кармана

Полный текст:

PDF

Литература


Лапин А.П., Дружков А.М., Кузнецова К.В. Анализ зависимости числа Струхаля в уравнении измерения вихреакустического расходомера. Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии управление, радиоэлектроника». 2013. Т. 13, № 4. С. 70–77. [Lapin A.P., Druzhkov A.M., Kuznetsova K.V. (Analysis of the Dependence of the Strouhal Number in the Measurement Equation for Vortex Sonic Flowmeters). Bulletin of South Ural State University. Ser. Computer Technology, Automatic Control, Radio Electronics, 2013, vol. 13, no 4, pp. 70–77. (in Russ.)].

Сафонов Е.В., Бромер А.К., Дорохов В.А. Разработка виртуального испытательного стенда для численного моделирования гидродинамических течений в бесфланцевых вихревых расходомерах с использованием высокопроизводительных вычислений. Вестник ЮУрГУ. Серия «Вычислительная математика и информатика. 2013. Т. 2, № 4. [Safonov E.V., Bromer K.A., Dorokhov V.A. (Development of Virtual Test Bench for CFD in Flangeless Vortex Flowmeter with Application of High-Perfomance Computing]. Bulletin of South Ural State University. Ser. Calculus mathematics and informatics, 2013, vol. 2, no. 4, pp. 109–115. (in Russ.)].

Bentley J.P., Mudd J.W. Vortex Shedding Mechanisms in Single and Dual Bluff Bodies. Flow Measurement Instruments, 2003, vol. 14, pp. 23–31.

Birkhoff G. Formation Vortex Street. Journal of Applied Physics, 1953, vol. 24, pp. 98–103.

Chmielewski R., Berliński J., Pankanin G.L. Modelling of Karman Vortex Street with Moving Stagnation Region. Proc. of International Conference on Flow Measurement FLOMEKO. Lund Sweden, 1998, pp. 381–385.

Cousins T. The Performance and Design of Vortex Meters. Proc. of International Conference on Flow Measurement in the mid 1970-s. Scotland, 1975, pp. 134–142.

Gerrard J.H. The Mechanics of the Formation Region of Vortices behind Bluff Bodies. Journal of Fluid Mechanics, 1966, vol. 25, pp. 401–413.

Hans V., Windorfer H. Comparison of Pressure and Ultrasound Measurements in Vortex Flow Meters. Measurement, 2003, no. 33, pp. 121–133.

Karman T. von. Über den Mechanismus des Widerstandes, den ein bewegter Körper in einer Flüssigkeit erzeugt. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen. Mathematisch-Physikalische Klasse, 1911, S. 509–517.

Lucas G.P., Turner J.T. Influence of Cylinder Geometry on the Quality of its Vortex Shedding Signal. Proc. of International Conference on Flow Measurement FLOMEKO. Melbourne, 1985, pp. 81–88.

Pankanin G.L. The Vortex Flowmeter: Various Methods of Investigating Phenomena. Measurement science and technology, 2005, no. 16, pp. 1–16.

Pankanin G.L. Experimental and Theoretical Investigations Concerning the Influence of Stagnation Region on Karman Vortex Shedding. Proc. Of IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. Warsaw, Poland, 2007, pp. 11–16.

Pankanin G.L., Berliński J., Chmielewski R. Simulation of Karman Vortex Street Development Using New Model. Metrology & Measurement Systems, 2006, vol. XIII, pp. 35–47.

Pankanin, G.L. Vortex Meter Designing – Simulation or Laboratory Investigations? Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments. Wilga, Poland, 2013, vol. 8903, R. 89032C.

Pankanin G.L., Chmielewski R., Berliński J. Analytical Modelling of Karman Vortex Street. Metrology and Measurement Systems, 2005, vol. XII, no. 4, pp. 413–425.

Popiel C.O., Robinson D.I., Turner J.T. Vortex Shedding from Specially Shaped Cylinders. Proc. of 11th Australasian Fluid Mechanics Conference. Australia, 1992, pp. 503–506.

Roshko A. On the Development of Turbulent Wakes from Vortex Streets. NACA Report, 1954, no. 1191, p. 27.

Wei Z.L., Wang J.Z., Han H.Y., Yang Z.Y., Wang W. Frequency Shift behind an Oscillating Bluff Body in a Wake Flow. Proc. of International Conference on Flow Measurement FLOMEKO. Korea, 1993, pp. 515–524.

Yamasaki H., Rubin M. The Vortex Flowmeter. Flow Measurement and Control in Science and Industry. USA, 1974, pp. 975–983.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.