超聲流量計管道流場的模擬與分析

對于離散后的流體力學方程組進行數(shù)值計算時，首先需要給定解條件，主要是初始條件和邊界條件：入口邊界設定為速度入口，給定流體平均流速，對應雷諾數(shù)為1×104；出口條件設定為壓力出口，數(shù)值為一個大氣壓，即表壓為零。在給定的初始條件與邊界條件下獲得的流動截面二次流流函數(shù)的等值線如圖4所示。
如圖4可知，對于單彎管流場，它的流速分布具備一定的規(guī)律，其速度等值線沿著管道軸心的水平截面呈基本對稱狀態(tài)。
由于彎管的影響，單彎管流場和充分發(fā)展的管道流場的速度分布將有所不同，其在不同剖面上的速度分布也不一樣。其橫向截面與縱向截面分布的剖面圖如圖5所示，根據(jù)式(8)，式(9)可知，在某一截面及單一路徑上，面平均速度及線平均速度分別為：

式中：r0∈[0，R]。由此可得單彎管橫向截面及縱向截面的線平均速度分布分別如圖6，圖7所示。

通過對單彎管流動狀態(tài)下的速度分布進行模擬可以看出，單彎管中的二次流是兩個以管道軸心水平截面對稱的渦，所以流速分布具備一定的規(guī)律。而縱截面的流速分布是對稱的，比橫截面的規(guī)律性強，所以在實際應用安裝超聲流量計時，可以利用數(shù)據(jù)偏差的相互補償來提高精度，這和單彎管流場的縱截面流速分布的特殊性有關。