西安華恒儀表制造有限公司是主要生產(chǎn)流量計(jì)和變送器的儀表廠(chǎng)家，擁有自主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和生產(chǎn)線(xiàn)。可以自主研發(fā)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足各行業(yè)、各環(huán)境下的高精度流量計(jì)。今天和大家分享一下噴嘴流量計(jì)的流場(chǎng)數(shù)值模擬與取壓位置優(yōu)化。

　　我國(guó)稠油資源豐富，常規(guī)的開(kāi)采方法很難開(kāi)采稠油油藏，稠油熱采主要運(yùn)用一些工藝措施使稠油油層溫度升高，也就是需要向地底下注入濕飽和蒸汽。用干度一詞來(lái)表征濕飽和蒸汽的性質(zhì)，干度影響著稠油采出效率，因此實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)蒸汽干度十分必要。在計(jì)算蒸汽干度的過(guò)程中，壓差的獲取十分重要。將噴嘴流量計(jì)運(yùn)用到稠油注汽測(cè)量過(guò)程中，在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蒸汽干度及蒸汽壓力等參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)蒸汽干度的連續(xù)測(cè)量。近些年來(lái)，孔板流量計(jì)因其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等原因而被長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用在油田，但是孔板流量計(jì)測(cè)量范圍窄，壓力損失大，價(jià)格昂貴，并且流體流經(jīng)孔板時(shí)在中心突然收縮，這些造成了孔板流量計(jì)的精度不高。而噴嘴流量計(jì)由于能克服標(biāo)準(zhǔn)孔板在測(cè)量中的問(wèn)題而正。

　　逐漸受到越來(lái)越多的應(yīng)用，流體流經(jīng)噴嘴時(shí)不是像孔板那樣突然改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，在管道內(nèi)放置一個(gè)開(kāi)孔直徑比管道內(nèi)徑還小的噴嘴，當(dāng)管道內(nèi)充滿(mǎn)流體且流體流經(jīng)噴嘴時(shí)會(huì)造成流速在噴嘴板附近局部收縮，使噴嘴上下游之間產(chǎn)生靜壓力差，利用該靜壓力差可對(duì)流體的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。此外，噴嘴的阻力降小，壓差大，使用噴嘴流量計(jì)可使流體的流動(dòng)更加穩(wěn)定，這使得噴嘴越來(lái)越受歡迎，其可替代孔板在油田開(kāi)采時(shí)進(jìn)行應(yīng)用。噴嘴的結(jié)構(gòu)性能很大程度上受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及流場(chǎng)分布影響。

　　1建立數(shù)學(xué)模型

　　與其它節(jié)流元件一樣，噴嘴流量計(jì)是建立在流動(dòng)連續(xù)性方程與伯努利方程的基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)量流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)產(chǎn)生的壓差而進(jìn)行流量的測(cè)量，噴嘴流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖l所示。

　　流體從左方流入，噴嘴流量計(jì)同樣基于伯努利方程與流體連續(xù)性方程，既遵守以下事實(shí)規(guī)律p一】：流體流經(jīng)節(jié)流體時(shí)被加速，動(dòng)能增加，同時(shí)根據(jù)能量守恒定律，在流體被加速時(shí)，靜壓力會(huì)降低一個(gè)相對(duì)應(yīng)的值，且壓力降的大小與流體的流量有一定的函數(shù)關(guān)系，壓力降與流體體積流量呈線(xiàn)性增長(zhǎng)關(guān)系，流量的公式如下所示。

　　式(1)參數(shù)△為流體流經(jīng)噴嘴后的壓力降．即噴嘴節(jié)流元件上下游的壓力差，為實(shí)現(xiàn)壓力差的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，需在與噴嘴相接的前后管道適當(dāng)位置開(kāi)取壓n，而實(shí)踐表明，流體在流經(jīng)噴嘴流量計(jì)時(shí)，南于與管道內(nèi)徑尺寸的不同會(huì)m現(xiàn)回流，從而造成在噴嘴口附近的壓力和速度的不穩(wěn)定，而想要獲得穩(wěn)定的壓差，需要尋找合適的高低壓取壓n。同時(shí)，目前油田使用的噴嘴與管道配合的尺寸類(lèi)型有種，而不同種類(lèi)的管道所產(chǎn)生的回流強(qiáng)度并不相同，因而所取的低壓取壓n的位置也各不相同：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本文對(duì)管道在不同流速下利用Fluent進(jìn)行流體仿真，尋求合適的取壓幾。

　　2幾何模型與網(wǎng)格劃分

　　整個(gè)檢測(cè)段分別由高壓段簡(jiǎn)體、低壓段簡(jiǎn)體、噴嘴部分組成。噴嘴流量計(jì)總長(zhǎng)392mm，外直徑89mm，內(nèi)直徑tp65mm高壓段簡(jiǎn)體與低壓段簡(jiǎn)體之間靠噴嘴流量計(jì)連接～流體從高壓段簡(jiǎn)體流進(jìn)，流經(jīng)噴嘴流量計(jì)，從低壓段簡(jiǎn)體流m。在模擬過(guò)程中，由于噴嘴流量計(jì)為軸對(duì)稱(chēng)模型，故進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理(計(jì)算域選取一半)，岡2僅給出了模型計(jì)算域的局部網(wǎng)格劃分：為了模擬實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)，利用meshing生成了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格【6罐]，于噴嘴附近流場(chǎng)變化劇烈，在噴嘴附近將網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，邊界采用膨脹層，有助于改善網(wǎng)格質(zhì)量，為保持網(wǎng)格的光滑度、避免因鄰近單元而積的快速變化而導(dǎo)致大的截?cái)嗾`差和節(jié)省計(jì)算時(shí)間等目的。使skewness中的數(shù)值小于0．9、入口邊界設(shè)置為沿管道軸向均勻速度入rI，出口為壓力m幾，各求解變量收斂殘差值沒(méi)置為ll0～，求解器為瞬態(tài)求解，壁面無(wú)滑移。

　　3邊界條件設(shè)置及結(jié)果分析

　　噴嘴流量計(jì)內(nèi)部流動(dòng)的介質(zhì)為濕蒸汽，屬于氣液兩相流。其T況性質(zhì)如表1所示。入rI邊界設(shè)置為沿管道軸向均勻速度人口mFl為壓力出口，流體從管道左側(cè)流入，右側(cè)流出。

　　3．1壓力分布

　　3、4幣【】『殳15別為5、l0和l6MPa下流道內(nèi)部截面力云，從中町以日J(rèn)]顯的看：流體從左側(cè)進(jìn)入僻道，力較均勻，隨著流體流通積變窄，每個(gè)噴瞄m?)lh~itl、,f的后方都m現(xiàn)了旋流，l1．旋流的大體趨勢(shì)桐近，rH：EH為漩流分離現(xiàn)象流仆從噴嘴喉部處兩flJ!IJ脫離產(chǎn)生旋流，流體流過(guò)噴嘴，旋流強(qiáng)度『}]強(qiáng)變?nèi)酰詈舐呌诜€(wěn)定隨菥境的不斷變化，噴嘴l-j倚道之問(wèn)的縫隙處的旋流度不斷變化CFI；、的，力也都是在旋流發(fā)聲體附近較弱，達(dá)到一個(gè)最fEfi~，向下游的同時(shí)力l衛(wèi)會(huì)逐漸加強(qiáng)，隨爪力義隨著流道的擴(kuò)張而逐漸恢復(fù)

　　3．2速度分布

　　『殳16、7和8分別為5、10a和16MPa下的速度云I殳1，f皇19、岡10和罔l1分別為5、l0和l6MPa下的速度欠量從速度矢量I$1fj~夠清晰地看到旋流，這是為根據(jù)流量守恒的要求，流體流過(guò)管道時(shí)．流入的量和流出的量卡開(kāi)等，!J!Ij通道窄過(guò)流『百『積小時(shí)，流速較大：兇此，速度在噴嘴處突然變大，在，流體會(huì)小同程度的流往噴嘴下游丁僻道內(nèi)壁縫隙處，[尺J此在噴嘴尾部會(huì)產(chǎn)生漩流，流過(guò)噴嘴后下降并逐漸jl=3于穩(wěn)定12給ffI_r速度在噴嘴下游低壓外輪廓與管道內(nèi)壁的{問(wèn)軸線(xiàn)處的分布曲線(xiàn)南可，大11，南于壁面的摩擦，流體進(jìn)入管道產(chǎn)生能撾損火，壓力緩慢下降，拊能量守恒，速度會(huì)有所提升隨著流體斷靶近IJ?、；Ih噴嘴，通流面積逐漸減小，速度在節(jié)流體處變化較大。流體在噴嘴H處形成旋流，并不同程度的向內(nèi)蔓延。旋流主要體現(xiàn)在噴嘴后一定范，同時(shí)在噴嘴與管道內(nèi)壁夾縫的最里端則會(huì)形成卡反力向的旋流．如速度矢量所爪，對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)276n31]l處也會(huì)產(chǎn)牛相應(yīng)的波動(dòng)殲H隨著壓力的增大，速度在此處也會(huì)增加的越快，隨符流體離噴嘴越來(lái)越遠(yuǎn)，速度義逐漸達(dá)到半衡。

　　4取壓位置的優(yōu)化

　　根據(jù)模擬結(jié)，高壓段簡(jiǎn)體I大J流體的JJ分和速度分伽比較均勻，同時(shí)高取管H觜的焊接置噴嘴入廣l端帕ilk：保持一定距離，兩者不離的太近，則安裝小．f因此高取廣_=I取住距離噴嘴入n端i~iHqR于1．6D處．選取低取』i-{『]時(shí)，南f低取處在噴嘴下游，在噴嘴喉部外表I自『管道『人】問(wèn)張近廣I端而處流休會(huì)牛旋流，如8、9和10流場(chǎng)速度矢所，J，他得低樂(lè)取壓腔俸內(nèi)局部壓力發(fā)生變化，為避免漩流，以捩得穩(wěn)定的筘，低壓取樂(lè)開(kāi)位置選擇住低樂(lè)取樂(lè)腔內(nèi)力卡f1塒穩(wěn)定的地力～以噴嘴流汁流體人【]斷而為起，m廣l斷而為終點(diǎn)，如衷2所，j選取低壓取樂(lè)腔體內(nèi)不同位置在5、10、l6MPa種不同]一況壓力條什下低壓端壓力分值，此1『以看}I低取腔體內(nèi)266mm位置至嗩嘴術(shù)端而270mm化罱種廠(chǎng)況條件下壓力降低變化郜很明顯，這是為噴嘴末端旋流導(dǎo)致此，低壓取樂(lè)【1軸線(xiàn)選擇征離噴嘴{I1斷面逆荇流體流動(dòng)力向不小于0．09D處。

　　5結(jié)論

　　以流體力學(xué)為理淪研究基礎(chǔ)，利用FLUENT仿真軟件塒6．5nw11J1徑不同J：況壓力下噴嘴流fI-汁進(jìn)行數(shù)值模擬，得淪：噴嘴附近流體力場(chǎng)以及速度場(chǎng)變化復(fù)雜，噴嘴喉部末端樂(lè)力急速下降，速度急刷I丌．產(chǎn)生旋流分離現(xiàn)象，造成低』取J怵內(nèi)力小穩(wěn)，此選取低壓取廣1位置時(shí)J、避免旋流，同時(shí)取管嘴的焊接位置j噴嘴入I1端而J保持一定距離，兩并不要離的太近，則會(huì)加大炙裝難度卡}5據(jù)模v~,Xf=-士H分析，商Jt{llkJfn取在離嗩嘴入幾端而不低于1．6D處，低JK．tt~壓『1軸線(xiàn)選擇在距離噴嘴ft1斷而逆荇流體流動(dòng)方向不小丁0．09D處。

　　雖然采用流場(chǎng)數(shù)值模擬實(shí)際測(cè)l~1．-jfi差一樣仔卉誤，fL【用本文所建、的流場(chǎng)數(shù)cf[模擬模型r以對(duì)噴嘴流量計(jì)流場(chǎng)分規(guī)律進(jìn)i體形象的研究，并可根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合汁箅?棚心的參數(shù)，仿iLTH果與理論推導(dǎo)卡H符合高，則通過(guò)構(gòu)建多室型MFC性能是更經(jīng)濟(jì)的。

　　MFC能夠在處理廢水的同時(shí)產(chǎn)電，未來(lái)發(fā)展的前景巨大，MFC構(gòu)型優(yōu)化可獨(dú)立或協(xié)同促進(jìn)其性能的提升，因此未來(lái)需要更多的研究人員投入MFC構(gòu)型的研究，比如質(zhì)子膜性能的提升L2。未來(lái)對(duì)新型MFC改進(jìn)設(shè)計(jì)應(yīng)以空氣型單室MFC為基礎(chǔ)，構(gòu)建多個(gè)立體化的陽(yáng)極室，再加以堆棧方式進(jìn)一步有

　　效的提升MFC產(chǎn)電性能。

　　以上就是噴嘴流量計(jì)的流場(chǎng)數(shù)值模擬與取壓位置優(yōu)化的全部?jī)?nèi)容，如有疑問(wèn)，可以隨時(shí)聯(lián)系我們。