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同时永久限制CFD

  • 文章作者 丁廷
  • 发布日期 5月 16, 2022
同时永久限制CFD

同时永久限制CFD

摘要：在实际生产中，由于现场扰流元件的作用，计量管内会出现不同程度的流速畸变，使超声流量计的工作性能降低。因此，采用CFD数值模拟方法针对超声流量计（以DANIEL 3400超声流量计为例）上游存在不同布置形式的弯头扰流元件时，保证其计量准确性的最近安装位置进行研究，获得DANIEL 3400型超声流量计的推荐安装位置，为体积计量的准确实施提供参考。结果表明，当弯头扰流元件的形式相同且入口流速不变时，计量管内径越大，计量误差越小，即超声流量计对于雷诺数Re较大的气体具有更好的测量性能；弯头弯曲角度越大、曲率半径越小，气流扰动越强。基于模拟结果，获得不同情况下超声流量计的推荐安装位置，并提出在弯头后安装板式流动调整器以减少气流扰动，为体积计量的准确实施提供参考。

1. Petroleum Engineering School, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China ;
2. Southwest Pipeline Branch of 同时永久限制CFD CNPC, Chengdu 610094, China Petroleum Engineering School, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, 同时永久限制CFD China; Southwest Pipeline Branch of CNPC, Chengdu 610094, China -->

Abstract: In actual production, due to the action of the on-site spoiler components, different degrees of flow velocity distortion will occur in the metering tube, which will reduce 同时永久限制CFD the performance of the ultrasonic flowmeter. Therefore, using the CFD numerical simulation method for the ultrasonic flowmeter (take the DANIEL 3400 ultrasonic flowmeter as an example), there are different arrangements of the elbow spoiler components upstream, and the nearest installation position to ensure the accuracy of the measurement is studied. The recommended installation position of the DANIEL 3400 ultrasonic flowmeter provides a reference for the accurate implementation of volumetric measurement. The results show that the larger the 同时永久限制CFD inner diameter of the metering tube, the metering error is smaller when the shape of the elbow spoiler and the inlet flow rate constant remain the same. It indicates that the ultrasonic flowmeter performs 同时永久限制CFD better on gases with Reynolds number. And it is found that the larger the bend angle of the elbow and the smaller the radius of curvature, the perturbation of the gas 同时永久限制CFD 同时永久限制CFD flow velocity is stronger. According to 同时永久限制CFD the simulating results, 同时永久限制CFD the installation location of the ultrasonic flowmeter is obtained and it is recommended to install a plate flow regulator downstream of the elbow to reduce flow disturbance. This study can provide reference for accurate volumetric measurement.

天然气体积计量所用的设备是体积流量计，目前国内大型输气管道沿线的站场多数采用超声流量计 [ 1 ] 。超声流量计属于速度式流量计，通过测定超声波脉冲在管道介质内的传播速度求得介质在管道内的流速，从而获取体积流量，具有准确性高，不受介质物性参数干扰等优点 [ 2 ] 。其工作时对介质的流场分布要求较高 [ 3 ] ，在实际站场中，由于受到站场空间或工艺流程的限制，计量管上游常存在扰流元件 [ 4 ] ，使气体进入流量计时的流动呈现出非理想的流动状态，导致流量计的计量示值误差降低 [ 5 ] 。为此，国内相关标准（如GB/T 18604-2014、JJG 1030-2007等）对站场内扰流元件下游超声流量计的安装位置做出了一系列的规定。但对于上游存在弯头扰流元件的多声道超声流量计上、下游所需直管的长度并没有做出较为全面的规定，而且对于弯头的几何形状和布置形式也没有详细说明，在实际应用中，根据经验或生产厂家推荐的上、下直管长度进行安装 [ 6 ] 。因此，本文将利用CFD的方法，针对计量管上游存在不同布置形式的弯头扰流元件的情况，以DANIEL3400超声流量计为例，对保障其准确性的最近安装位置进行研究，并根据研究结果对体积计量工艺进行优化，从而为体积计量的准确实施打下基础。对于弯头来说，弯曲角度θ和曲率半径R是最主要的几何参数 [ 7 ] ，因此，本文将以这两个参数为基础展开研究。

1 模型建立 1.1 不同弯曲角度弯头模型

以工程上最常见的45°、90°和180°弯头为例。根据JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》中的规定 [ 8 ] ，对于单声道超声流量计，在扰流元件为单个90°弯头时，其上游直管长度至少为36D（D为计量管内径），为了获取充分发展的流体流态，采用90D的下游直管长度 [ 9 ] 。另外，根据Q/SY XQ 21—2013《DANIEL 3400超声流量计运行维护规程》中所推荐的流量计内径，分别建立100 mm、200 mm和300 mm 3种内径的计量管模型。几何模型结构及尺寸如 图1 和 表1 所示。