氣體渦輪流量傳感器的三維建模：
    對(duì)于氣體渦輪流量傳感器的建模我們采用的方法與垂直螺翼式水表建模的方法一致，根據(jù)2維CAD圖紙進(jìn)行分析、計(jì)算，而后在SolidWorks軟件中建立三維模型，有些細(xì)節(jié)尺寸，二維圖紙中并無詳細(xì)標(biāo)注，則需將氣體渦輪流量傳感器實(shí)物和圖紙結(jié)合起來，盡可能地保留實(shí)物的外形和尺寸信息。通過以上方法得到了完整的氣體渦輪流量傳感器三維模型，該模型包含了機(jī)械圖紙的所有尺寸和外形信息。CN1VI-TM-100-6400和CN1VI-TM-80-6160兩種型號(hào)的氣體渦輪流量傳感器與WS-80垂直螺翼式水表相比，幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，不規(guī)則曲面較少，幾何建模較為容易。***后實(shí)現(xiàn)了三維模型的建立(如圖5.1、圖5.2所示)，其中圖5.1所示的是CNiM-TM-80-6160氣體渦輪流量傳感器整體裝配情況，圖5.2所示的是該氣體渦輪流量傳感器內(nèi)部部件裝配圖。需要指出的是，CN}1VI-TM-100-6400和CNiM-TM-80-6160兩種型號(hào)的氣體渦輪流量傳感器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、零部件都是一樣的，的不同之處在于，他們的幾何尺寸不一樣，類似于按比例放大縮小一樣。
    由于氣體渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，并且通過前面水表內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算，己經(jīng)掌握了一套可行的方法，來分析葉輪式流量儀表內(nèi)部流動(dòng)的情況。所以此部分我們未對(duì)模型進(jìn)行簡化，采用完整的幾何模型來進(jìn)行內(nèi)部流場的數(shù)值計(jì)算，分析其內(nèi)部流動(dòng)情況。

圖5.1 SolidWorks中建立的氣體渦輪流量傳感器完整模型

圖5.2氣體渦輪流量傳感器內(nèi)部部件裝配情況

計(jì)算網(wǎng)格的生成：
   網(wǎng)格的生成仍是前期工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，兩種氣體渦輪流量傳感器在幾何結(jié)構(gòu)上也有一定的復(fù)雜性，主要表現(xiàn)在:表殼部分流體域和固體域不太規(guī)則;零部件中存在較多的倒角和圓角;葉輪外徑與表殼內(nèi)壁的間距很小劃分網(wǎng)格較困難。    根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，我們先對(duì)幾何模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，提取出流體域，然后采用分塊劃分的方法，將計(jì)算模型分成若干個(gè)部分。對(duì)進(jìn)出口直管道采用結(jié)構(gòu)化的六面體網(wǎng)格，中間復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用非結(jié)構(gòu)化的四面體網(wǎng)格，并且在葉輪周圍對(duì)網(wǎng)格作了加密處理，保證了計(jì)算精度。因?yàn)閮煞N氣體渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)是相似的只是尺寸不一樣，所以此處只顯示一個(gè)氣體渦輪流量傳感器的網(wǎng)格圖。***終得到CNi1VI-TM-80-6160型號(hào)氣體渦輪流量傳感器的網(wǎng)格總量為180多萬(圖5.3), CNi1VI-TM-100-6400型號(hào)氣體渦輪流量傳感器的網(wǎng)格總量為220多萬。

圖5.3繪制的水表網(wǎng)格

邊界條件和湍流模型的設(shè)置：
   有關(guān)氣體渦輪流量傳感器內(nèi)部流動(dòng)的仿真問題中，我們采用的方法與水表內(nèi)部流動(dòng)的計(jì)算方法一樣，仍然是之前介紹過的多重參考坐標(biāo)系模型，對(duì)葉輪所在的區(qū)域繪制一個(gè)旋轉(zhuǎn)流體區(qū)域，葉輪采用滑移邊界條件，相對(duì)于附近旋轉(zhuǎn)流體速度為零，即葉輪與旋轉(zhuǎn)流體有相同的轉(zhuǎn)速。然后指定旋轉(zhuǎn)流體一個(gè)與流量對(duì)應(yīng)的角速度，讓其旋轉(zhuǎn)，計(jì)算渦輪流量傳感器內(nèi)部流場。湍流模型依然采用的是Realizable k~e模型。
計(jì)算的流體介質(zhì)是常溫下的空氣，邊界條件具體設(shè)置如下:①入口采用速度入口邊界條件，速度值固定為圓管中充分發(fā)展湍流的平均  速度，流量范圍:CN}1VI-TM-80-6160氣體渦輪流量傳感器13m3/hi250m3/h,  CNi1VI-TM-100-6400氣體渦輪流量傳感器32m3/hi650  mi/h;①出口邊界條件設(shè)定為壓力出口，壓力值固定為一個(gè)大氣壓;⑤管壁，表殼及前、后整流器和葉輪表面設(shè)為無滑移邊界條件。
計(jì)算結(jié)果分析，氣體渦輪流量傳感器內(nèi)部流場分析：

圖5.4葉輪表面速度等值線圖
    本次工作模擬了兩種型號(hào)氣體渦輪流量傳感器的內(nèi)部流動(dòng)情況，獲取了一些內(nèi)流場信息，如壓力分布圖，速度分布圖，***后得到了兩種型號(hào)氣體渦輪流量傳感器壓力損失的特性曲線。鑒于計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)量的巨大，以及兩種氣體渦輪流量傳感器在結(jié)構(gòu)上的相似性，有關(guān)內(nèi)流場信息只給出了CNi1VI-TM-80-6160型號(hào)的氣體渦輪流量傳感器部分，計(jì)算了流量13m3/hi250 m3/h中六個(gè)流量點(diǎn)的內(nèi)部流動(dòng)情況。CNi1VI-TM-100-6400型號(hào)的氣體渦輪流量傳感器，計(jì)算了流量32m3/h}650 m3/h中四個(gè)流量點(diǎn)的內(nèi)部流動(dòng)情況，在后面給出了壓損特性曲線。
   從圖5.4六幅葉輪表面速度等值線分布圖可以看出，葉輪外緣的速度***大越往葉輪中心靠近速度越小，不同流量下葉輪表面的速度分布是相似的，但大小有所不同，渦輪流量傳感器葉輪表面的速度分布情況與水表葉輪表面的速度分布情況相似，具有相同的壓力特性。

圖5.5葉輪來流面壓力分布圖
    從圖5.5六幅葉輪來流面壓力分布圖可以發(fā)現(xiàn)，葉輪12片葉片中并不是每一片葉片底部的壓力值都很大，與上一章水表葉輪底部的壓力分布情況相似，原因同樣是采用多參考坐標(biāo)系模型計(jì)算時(shí)，葉輪的位置是固定不動(dòng)的，定常計(jì)算葉輪在某一個(gè)狀態(tài)下，氣體渦輪流量傳感器內(nèi)部的流場，有些葉片的底部與表殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)重合了，所以未受到流體較大的沖擊，葉片底部的壓力值自然就小了。

圖5.6葉輪表面速度矢量圖
    從圖5.6六幅葉輪表面速度矢量分布圖可以看出，葉輪表面速度矢量沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)與實(shí)際情況符合，速度分布比較均勻，在葉輪輪毅內(nèi)表面有明顯的漩渦存在。

圖5.7渦輪流量傳感器截面靜壓分布圖
    從圖5.7六幅渦輪流量傳感器靜壓分布圖可以看出，內(nèi)部靜壓分布總體上是一致的。兩端的進(jìn)出口直管道上產(chǎn)生的壓力變化很小，壓力損失主要集中在渦輪流量傳感器內(nèi)部，圖中可以看出從渦輪流量傳感器的入口到出口壓力梯度變化較為明顯，其中葉輪前后附近位置的壓力變化很大，說明該渦輪流量傳感器壓損產(chǎn)生的主要部件是葉輪。渦輪流量傳感器與水表相比，在計(jì)量特性方面精度更高，所以對(duì)葉輪的工藝要求也很高，一般采用金屬制的葉輪，并具有一定的導(dǎo)磁特性。

圖5.8渦輪流量傳感器截面速度分布圖
    此外，在圖5.8中可以了解渦輪流量傳感器內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜情況。通過數(shù)值模擬的方法，我們可以比較方便地了解到渦輪流量傳感器內(nèi)部的復(fù)雜流動(dòng)，發(fā)現(xiàn)渦輪流量傳感器內(nèi)部零件的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)壓力損失產(chǎn)生的影響，這將為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化作出一定的指導(dǎo)。

氣體渦輪流量傳感器壓力損失性能分析：
   通過前面渦輪流量傳感器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬，我們得到了內(nèi)部流場的較多信息，在了解了渦輪流量傳感器內(nèi)部流動(dòng)的情況后，我們對(duì)渦輪流量傳感器進(jìn)出口兩端的截面進(jìn)行面積分，提取面上的平均壓力值，計(jì)算其進(jìn)出口截面上的壓力差，即壓力損失。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的正確性，我們針對(duì)計(jì)算的流量點(diǎn)
   進(jìn)行了壓力損失的實(shí)驗(yàn)測試，提取了實(shí)驗(yàn)值，***后將計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)(如圖5.9，圖5.10）。

圖5.9 CNiM-TM-80-6160渦輪流量傳感器流量與壓損之間的關(guān)系曲線 圖5.10 CNiM-TM-100-6400渦輪流量傳感器流量與壓損之間的關(guān)系曲線
    從兩幅流量與壓力損失的關(guān)系圖可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好。說明建立的幾何模型是正確的，內(nèi)流場數(shù)值計(jì)算的構(gòu)思是恰當(dāng)?shù)?，?nèi)流場數(shù)值計(jì)算的方法是可靠的。    壓損是流量儀表的主要技術(shù)參數(shù)之一，其值越小，表示流體流經(jīng)流量儀表所損耗的能量就越小，其經(jīng)濟(jì)性就越好。通過數(shù)值計(jì)算的手段，來研究和改善儀表的壓損性能，是可靠有效的方法。

    應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks構(gòu)建了CNiM-TM-80-6160和CNi1VI-TM-100-6400型號(hào)的氣體渦輪流量傳感器，在劃分網(wǎng)格和指定邊界條件后，采用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散，通過SM'LEC算法和Realizable k-e湍流模型對(duì)上述模型中的內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值模擬，給出了較多的內(nèi)流場信息，分析了計(jì)算模型內(nèi)部流場的信息，***后得到了兩種氣體渦輪流量傳感器的壓力損失值，通過實(shí)驗(yàn)的手段來驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的正確性。該研究結(jié)果對(duì)CNi1VI-TM系列的氣體渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義，采用數(shù)值計(jì)算的方法來研究氣體渦輪流量傳感器的內(nèi)部流動(dòng)是可靠的，數(shù)值模擬的方法對(duì)儀表的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到很大的作用。