涡轮流量计如何进行建模-

1.几何模型
研究中针对DN32口径的液体涡轮流量计展开，其机芯内部结构如图1所示，主要包括前后导向件和叶轮三部分。对涡轮流量计实物的外形尺寸和位置关系等关键尺寸进行测绘(表1为涡轮流量计主要尺寸参数)，忽略流量计进出口连接形式等次要因素的影响，绘制三维结构图如图2所示。

2.流体仿真模型
利用Gambit软件进行几何建模和网格划分，为使流动在流量计入口处达到充分发展的流动状态，分别在流量计的.上游设置10倍长直管段，下游设置5倍直管段。将叶轮所在区域定义为旋转区域，其余部分定.义为静止区域，通过interface面将动静区域进行连接。旋转区域及结构较复杂的区域采用非结构化网格;直管段等结构较简单的区域采用结构化网格。
仿真中选用ReynoldsStress(S-BLS)湍流模型，该模型是最符合物理现象的模型，各向异性，输运中的雷诺应力可直接计算出来。模型计算时间较长，适合大弯曲流线、漩涡以及三维转动流动。选用RP-3航空煤油作为流体介质，以实测介质密度和粘度并设置仿真流体参数。设置下游直管段出口为自由出流(out-flow)条件，直管段及流量计壳体为静止壁面(wall);上游直管段入口为速度入口(velocity-inlet)。
3.仿真方法
涡轮流量计叶轮受到流体冲击时，对叶轮产生驱动力矩，同时受到各种阻力矩的影响图3是叶轮所受力矩示意图。叶轮转动过程中受到流体对叶片的驱动力矩Td，轮毂侧面受到流体粘性阻力矩Th，轮毂端面受到流体粘性阻力矩Tw，叶片顶端受到流体粘性阻力矩Tt，同时叶片轮轴与轴承之间存在机械阻力矩Tb，磁电信号检出器产生磁电阻力矩Tm。

式中:J为叶轮转动惯量;ɷ为叶轮转动角速度;t为运行时间，Trf为流体阻力矩，Trf=Th+Tw+Tt。
采用6DOF模型实现对叶轮6个自由度的控制，包括X，Y，Z方向的移动自由度和围绕X，Y，Z轴的旋转自由度。通过DEFINE_SDOF_PROPERTIES宏文件约束叶轮在X，Y，Z方向上的移动以及围绕X，Y轴的旋转，只能围绕Z轴(流动方向)进行转动。叶轮三维建模中选用的材质与实际材质相同，即可获得叶轮的转动惯量。流体仿真中系统自行计算流体驱动力矩、流体阻力矩，忽略轴承摩擦阻力矩和磁电阻力矩。
仿真中通过UDF函数对上游直管段入口流速进行设置，流速通过式(2)和式(3)计算。

式中:qt为入口瞬时体积流量;q0为体积流量平均值，Q0=16m3/h;A为脉动幅度;ƒ为脉动频率;t0为脉动流量起始时刻，t0=0.0132s;Vt为瞬时入口速度平均值;Ain为上游直管段入口截面积。
仿真初始叶轮转速为零，根据涡轮流量计叶轮运动方程自动计算和调整旋转角速度，直到叶轮趋于稳定状态，仿真中各工况在t,前叶轮转速已经达到稳定状态。