[发明专利]一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法

说明书

本发明公开了一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法，包括被标定S型皮托管与校准风洞的三维几何模型构建和计算网格的生成、Fluent求解器求解、结果后处理及S型皮托管系数计算；本发明采用CFD数值模拟方法充分考虑了S型皮托管的加入对风洞内流场的影响，考虑了S型皮托管周围的流场复杂性，克服了原有S型皮托管实流测试投资大、效率低等缺点，精确再现了实流标定时，整体风洞内流场与S型皮托管周围流场形态，从而实现了对S型皮托管系数的准确计算，为今后S型皮托管的标定提供了一种简单高效价格低廉的方法，大大降低了新品S型皮托管的设计成本以及使用中S型皮托管系数的标定成本，具有广阔的应用前景与经济价值。

技术领域

本发明涉及管道测量领域，尤指一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法。

背景技术

S型皮托管是一种典型的用于测量烟道气体流速的一类计量仪表，在固定排放源环保监测与核查领域应用广泛。S形皮托管是由两根外形及弯曲形式完全相同的空心金属管背向焊接而成，测头端分别背向两个方向开孔，面对气体来流方向的开孔称为总压孔，背对气体来流方向的开孔称为静压孔，金属管尾端与微压计相连，可以测量总压孔与静压孔之间的差压。进而通过伯努利方程，并结合皮托管系数便可以求得S型皮托管处的流速，反之可以通过校准风洞得知S型皮托管所在处的标准流速，进而由伯努利方程确定S型皮托管的系数。上述关系的数学表达式为：S型皮托管的系数准确性直接关系到由其测量的气体流速准确性，所以准确地标定S型皮托管的系数对于其准确测量及相关环保监测有重要意义。

目前S型皮托管的系数标定主要由校准风洞的实流试验完成，主要技术依据为JJG518-1998《皮托管检定规程》，由校准风洞在其试验段提供稳定流场，将S型皮托管放入风洞试验段中心位置，通过将被检S型皮托管测得流速与同位置标准皮托管测得流速比对，进而获得被检S型皮托管的标定系数，该方法步骤繁复，效率低下。

计算流体力学是随着计算机的发展而产生的一个介于数学、流体力学和计算机之间的交叉学科，主要研究内容是通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程，对流体力学问题进行模拟和分析，尤其适用于多相流及各种边界条件下的复杂流场问题的求解。可以用极低的成本完成大型复杂流体的实验仿真，且结果具有普遍性，大大降低相关工业设计制造成本。目前，尚无文献或专利披露将CFD方法应用与气体流速仪表的校准。特别是针对S型皮托管的校准。如何通过数值计算的方法，简单高效地获得S型皮托管的系数与目前实流标定方法相比具有现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的S型皮托管的系数标定主要由校准风洞的实流试验完成，该方法步骤繁复，效率低下，缺少通过数值计算，简单高效地获得S型皮托管的系数的方法，现提供一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法，从而解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法，包括如下具体步骤：

S1：前处理，该前处理包括校准风洞与被校准皮托管三维几何模型的建立，模拟计算域的确定和计算域的网格划分，具体包括如下步骤：

S11：依据实际校准中使用的风洞的几何尺寸与实际被校准皮托管的几何尺寸，使用三维建模软件绘制所述三维几何模型，保证所绘制三维几何模型与实际校准风洞与被校准皮托管完全一致；

S12：将上述三维几何模型导入网格划分软件中，对导入的文件进行几何修复、计算域生成、计算域划分、网格参数设置、边界层参数设置、最后生成非结构化的面网格和体网格；

S13：对生成网格质量进行检查，采用多次迭代方式对低质量网格和副体积网格进行修复；

S14：整体考察多次迭代修复完成后的网格数量与网格质量，输出msh文件；