超聲流量計探頭安裝位置對測量影響數(shù)值仿真研究
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表1 試驗仿真結果對比 
受篇幅限制，不對模型、網格建立以及重要參數(shù)的設置過程進行詳細介紹，只給出最終的模型方案：將整個計算域分成三個部分，前直管段、超聲流量計和后直管段，分別進行網格劃分。其中，前、后直管段采用六面體網格，一方面保證了網格質量，另一方面大幅度減少了網格數(shù)量。由于靠近管壁處速度梯度較大，因此對壁面附近網格進行了局部加密，采用邊界層網格，按照FirstRow（第一層網格尺寸）、GrowthFactor（尺寸增長系數(shù)）、Rows（層數(shù)）依次為1、1.1、15進行設置。超聲流量計部分是流量計算的關鍵區(qū)域，特別是超聲探頭尺寸（直徑12mm）相對管徑（DN500）來說很小，因此采用了設置增長函數(shù)的四面體網格方案（圖4），以各個探頭為源面網格尺寸由小變大，保證了探頭附近的網格局部加密。最終整個計算域的網格總數(shù)量為700萬左右。湍流模型采用RSM，SIMPLE算法，一階離散格式。邊界條件為均勻速度入口，出流出口，體與體之間連接面采用交接面，介質為水，壁面光滑。
圖4 計算域網格剖分圖
以下將對超聲探頭全伸和全縮兩個典型位置的流場及其測量特性進行分析，在此之前先對DN50018聲道各聲道的命名進行規(guī)定，如圖5所示，流體沿x軸正方向流動。
圖5 18聲道命名規(guī)定
由于超聲流量計上游及下游均為直管段，且沒有阻流件影響，因此管道內部流場應為軸對稱分布。以下僅給出了v=1.004m/s時最短聲道1和最長聲道5上軸向速度分布圖和聲道截面上軸向速度等值線圖，來說明探頭全伸對流場造成的影響。
由圖6分析，探頭伸入管道內部會在探頭下游產生回流（圖6）。對于上游側的探頭來說，回流正好位于聲道上，因此呈現(xiàn)出負速度；而對于下游側的探頭，雖然也有回流存在，但卻不在聲道上，因此不會影響聲道上的速度分布。整體來看，探頭伸入管道造成了聲道上速度分布的嚴重不對稱（圖7）。聲道1和聲道5對流場的影響趨勢相同，但聲道5探頭伸入管道內的長度相對較短，因此對速度分布造成的影響沒有聲道1明顯（圖7b）。需要特別指出，聲道1靠近下游側的速度分布有一凹陷處（圖7a），這是由于聲道1和聲道10探頭距離較近，聲道1下游側正好位于聲道1上游探頭的尾跡區(qū)域，造成了兩探頭之間的相互影響。
圖6 聲道截面軸向速度等值線圖
圖7 沿聲道軸向速度分布
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