РАСЧЕТ ГЕЛИКОИДНЫХ РАСХОДОМЕРОВ МЕТОДАМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ
Рубрики: 2. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Авторы:
1.
КНИТУ; KNRTU
2.
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Республика Татарстан, Россия
Республика Татарстан, Россия
Тип:
Статья
Номер статьи:
Статус:
Опубликован
Получено:
04.08.2025
Одобрено:
07.08.2025
Опубликовано:
07.08.2025
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА, ANSYS FLUENT, ГЕЛИКОИДНЫЙ РАСХОДОМЕР, К-ФАКТОР (ИЛИ КОЭФФИЦИЕНТ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ)
Аннотация (русский):
С привлечением комплекса вычислительной гидродинамики Ansys Fluent 2020 R2 разработана методика расчета трехмерного поля скорости в турбинных расходомерах геликоидного типа, основанная на уравнении баланса моментов, т.е. равенстве крутящего момента тормозящим моментам, приложенным к турбинке, что достигается при равновесной скорости вращения для заданного постоянного объемного расхода (что выполняется при равенстве нулю углового ускорения). При постоянном расходе при изменении числа оборотов ротора определяется момент на лопасти ротора. Находится такое значение чисел оборотов, при котором момент меняет знак. Зависимость момента от числа оборотов наносится на график и определяется истинное число оборотов, при котором момент равен нулю для данного расхода. Основой математического описания турбулентного трехмерного течения в расходомерах является система дифференциальных уравнений сохранения массы (уравнение неразрывности), импульса и стандартная k-ω модель турбулентности (основанная на модели Уилкокса) с частными производными в цилиндрических координатах в трехмерной постановке задачи. Заложенный в вычислительный комплекс Ansys Fluent метод множества систем отсчета позволяет свести задачу, в которой присутствуют неподвижные и вращающиеся элементы, к стационарной. Численный расчет проводился при различных значениях расхода (от 354 до 1982 м3/ч) и кинематической вязкости (от 0,2 до 140 сСт). Определены основные характеристики турбинных расходомеров: коэффициент преобразования (или K-фактора), числа Струхаля и Рошко. Наибольшее расхождение численного расчета от экспериментальных данных по значению К-фактора получено при малых расходах и при наибольшей вязкости 140 сСт (которая выходит за область применения исследуемого расходомера) и составляет не более 5%.
С привлечением комплекса вычислительной гидродинамики Ansys Fluent 2020 R2 разработана методика расчета трехмерного поля скорости в турбинных расходомерах геликоидного типа, основанная на уравнении баланса моментов, т.е. равенстве крутящего момента тормозящим моментам, приложенным к турбинке, что достигается при равновесной скорости вращения для заданного постоянного объемного расхода (что выполняется при равенстве нулю углового ускорения). При постоянном расходе при изменении числа оборотов ротора определяется момент на лопасти ротора. Находится такое значение чисел оборотов, при котором момент меняет знак. Зависимость момента от числа оборотов наносится на график и определяется истинное число оборотов, при котором момент равен нулю для данного расхода. Основой математического описания турбулентного трехмерного течения в расходомерах является система дифференциальных уравнений сохранения массы (уравнение неразрывности), импульса и стандартная k-ω модель турбулентности (основанная на модели Уилкокса) с частными производными в цилиндрических координатах в трехмерной постановке задачи. Заложенный в вычислительный комплекс Ansys Fluent метод множества систем отсчета позволяет свести задачу, в которой присутствуют неподвижные и вращающиеся элементы, к стационарной. Численный расчет проводился при различных значениях расхода (от 354 до 1982 м3/ч) и кинематической вязкости (от 0,2 до 140 сСт). Определены основные характеристики турбинных расходомеров: коэффициент преобразования (или K-фактора), числа Струхаля и Рошко. Наибольшее расхождение численного расчета от экспериментальных данных по значению К-фактора получено при малых расходах и при наибольшей вязкости 140 сСт (которая выходит за область применения исследуемого расходомера) и составляет не более 5%.
Ключевые слова:
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА, ANSYS FLUENT, ГЕЛИКОИДНЫЙ РАСХОДОМЕР, К-ФАКТОР (ИЛИ КОЭФФИЦИЕНТ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ)
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА, ANSYS FLUENT, ГЕЛИКОИДНЫЙ РАСХОДОМЕР, К-ФАКТОР (ИЛИ КОЭФФИЦИЕНТ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ)
