Определение оптимальных параметров цифровой модели при исследовании гидрога- зодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера с помощью методов численного моделирования

Игорь Станиславович Шулев, Евгений Владимирович Сафонов

Аннотация


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 использующе
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.

Ключевые слова


вихревой расходомер; дорожка кармана; численное моделирование внутренних течений; CFD; суперкомпьютер

Полный текст:

PDF

Литература


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.

Кремлевский, П.П. Расходомеры и счетчики количества: справ. Л.: Машиностроение, 2004. 701 с. [Kremlevsky P.P. Rashodomery i schetchiki kolichestv (All Types of Flowmeters). Leningrad, Mashinostroenie, 2004. 701 p.]

Pankanin G.L., Kulinczak A., Berlinski J. [Investigations of Karman Vortex Street Using Flow Visualization and Image Processing]. Sensors and Actuators, 2007, iss. 138, pp. 366–375. DOI:10.1016/j.sna.2007.05.005

Turner J.T., Popiel, C.O., Robinson D.I. [Evolution of an Improved Vortex Generator]. Flow Measurement and Instrumentation, 1993, iss. 4, pp. 249–259. DOI: 10.1016/0955-5986(93)90032-E

Zhang H.J., Huang Y.M., Sun Z.Q. [A Study of Mass Flow Rate Measurement Based on the Vortex Shedding Principle]. Flow Measurement and Instrumentation, 2006, iss. 17 (1), pp. 29–38. DOI:10.1016/j.flowmeasinst.2005.08.002

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.

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: 10.1016/0955-5986(93)90030-M

Hebrard P., Malard L., Strzelecki A. [Experimental Study of a Vortex Flowmeter in Pulsatile Flow Conditions]. Flow Measurement Instruments, 1992, no. 3, pp. 173–186. 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,

, 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


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.