Математическое моделирование течения многокомпонентной газовой смеси в трехмерной постановке задачи. Определение дополнительной погрешности коэффициента истечения от сокращения длин прямых участков

• Автор: Ахлямов, Марат Наильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 139 с. : ил.

1.1.2. Факторы, влияющие на результат измерения расхода

1.2. Численное моделирование турбулентных потоков. Современный

взгляд

1.2.1. Основные направления моделирования турбулентных потоков

1.2.2.Уравнение Навье Стокса и проблемы связанные с их решением

1.2.3. Модели турбулентности, краткая характеристика

Модель турбулентной вязкости

Модель СпалартаАллмараса.

кс и ксо модели турбулентности

Модель Рейнольдсовых напряжений.

1.3. Использование моделей для расчета стационарных турбулентных течений.

Выводы
Задачи исследования.
Глава 2. Математическое описание турбулентности. Математическая
модель
2.1. Исходная система уравнений.
2.1.1. Обобщенное дифференциальное уравнение.
2.2. Дискретизация. Метод контрольного объема.
2.2.1. Дискретный аналог.
2.5. Основная трудность определения поля скорости.
Шахматная сетка.
2.6.Процедура расчета.
2.6.1. Граничные условия.
Выводы.
Глава 3. Построение сеток. Краткая характеристика и классификация
3.1. Построение сеток.
3.1.1. Построение сеток на основе решения уравнений в частных
производных.
3.2. Классификация сеток.
3.2.1 Регулярные сетки
3.2.2. Неструктурированные сетки
3.2.3.Гибридные сетки.
3.3. Решение задачи течения в программных пакетах
3.4. Физическая область моделирования. Расчетная сетка.
3.4.1. Характеристика турбулентного стационарного течения
3.5. Выбор сетки.
Выводы.
Глава 4. Проверка адекватности выбранной математической модели в измерительном трубопроводе с участком диафрагмирования.
4.1.Особенности течения турбулентного потока через участок
диафрагмирования.
4.2. Матрица расчетов.
4.3. Тестовые расчеты
Выводы
Глава 5. Влияние местных сопротивлений на результат измерения расхода
5.1. Проблемы связанные с нормированием длин прямых участков
.ф 5.2. Анализ классификации местных сопротивлений.
Колено.
Тройник с заглушкой
Гильза термометра
5.3. Влияние местных сопротивлений на формирование профилей
скорости и погрешности определения расхода
Выводы.
Глава 6. Описание методики определения дополнительной погрешности коэффициента истечения стандартной диафрагмы от сокращения длин прямых участков с использованием численного моделирования.
Основные результаты и выводы.
Список использованой литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ.
Б
Г
Условные обозначения
скорость течения потока в измерительном трубопроводе скорость течения потока в отверстии сужающего устройства
давление на входе в сужающее устройство давление на выходе из сужающего устройства плотность несжимаемой жидкости коэффициент скорости входа коэффициент истечения коэффициент расширения диаметр измерительного трубопровода диаметр диафрагмы массовый расход
перепад давления на сужающем устройстве
поправочный коэффициент на шероховатость
коэффициент притупления входной кромки отверстия
диафрагмы
давление
пульсационная
усредненная по времени
объемные силы
соответственно радиальная окружная и осевая координаты
цилиндрической системы координат
соответственно радиальная окружная и осевая
составляющие скорости
составляющие скорости
составляющие координат
символ Кронекера
турбулентная вязкость
длина пути смешения
завихренность
турбулентная кинетическая энергия скорость диссипации динамическая вязкость
скорость потока в направлениях х,у, г соответственно
универсальная газовая постоянная
молярная доля компонента
массовая доля компонента
константы
коэффициент, зависящий от средних градиентов скорости
турбулентные числа Прандтля для е и к соответственно
коэффициент, зависящий от плавучести
коэффициент диффузии
источниковый член
число Пекле
переменная
средняя скорость потока
эмпирическая константа
турбулентная интенсивность якобиан преобразования
текущий радиус трубопровода радиус трубопровода число Рейнольдса
Введение


Для вынесения экспертного заключения, ВНИИРом предлагается решить проблему с помощью проведения эксперимента проливка масштабных моделей. Однако данный путь является весьма затратным. Сложность проведения таких проливок, связана как со сложностью воссоздания точной геометрии измерительного трубопровода, так и с высокими требованиями к погрешности экспериментальной установки, которая должна быть в раз выше, чем погрешность самого узла. Альтернативный подход, базирующийся на численном моделировании, который был применен в рамках данной диссертационной работы, позволит выявить возможные причины небалансов. Использование комплексного подхода дает возможность создания безпроливных методик по определению дополнительной погрешности коэффициента истечения от сокращения длин прямых участков. Такого рода подход, позволит предварительно оценить погрешность измерительного комплекса, как на стадии проектирования, так и во врет эксплуатации коммерческого узла учета расхода энергорссурсов. В настоящее время роль и значение расходомеров и измерителей количества очень велика. Они необходимы для проведения научных исследований, для управления технологическими процессами почти во всех областях промышленности, для контроля расходования энергоносителей. Существуют множество методов измерения расхода и количества. Наиболее распространенным и простым является метод переменного перепада давления, основанный на зависимости расхода вещества от перепада давления . К таким расходомерам относится расходомеры с сужающим устройством диафрагмы, сопла и трубы Вентури и т. Пито. Наибольшее распространение в России и за рубежом при измерении расхода получило сужающее устройство диафрагма. Принцип состоит в том, что в измерительном трубопроводе устанавливают сужающее устройство диафрагму, создающее местное сужение потока. Вследствие перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую, средняя скорость потока в суженном сечении повышается, в результате чего статическое давление становиться меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход, протекающий среды. ЛА. Р Рр2 перепад давления на сужающем устройстве. Действительный массовый расход получается меньше рассчитанного по теоретическому уравнению расхода, что корректируется коэффициентом истечения С и дополнительно коэффициентом расширения е для сжимаемой среды. Значения С и гг, определены в результате экспериментальных исследований, проведенных на гидравлически гладких трубопроводах при равномерно распределении скоростей потока по сечению трубопровода и развитом турбулентном режиме течения этого потока. Согласно в области прикладной метрологии нормативный документ распространяется как на несжимаемые среды жидкости, например, вода так и на сжимаемые среды воздух, азот, пар, природный газ, многокомпонентная среда. Все вышеперечисленные среды, относятся к энергоресурсам. Одним из особенностей учета расхода сред является определение их физических свойств плотности, показателя адиабаты, скорости звука, объемной удельной теплоты сгорания, вязкости, и коэффициента сжимаемости. Особенности, связанные с расчетом физических свойств природного
Для измерения расхода термодинамически несжимаемой жидкости проблем в определении физических свойств не возникает. Однако измерения расхода многокомпонентных смесей в частности природного газа возникает необходимость определения физических свойств среды. Для расчета расхода необходимо знать следующие физические свойства многокомпонентной смеси, таких как плотность, динамическая вязкость, показатель адиабаты, скорость звука, объемной удельной теплоты сгорания и коэффициент сжимаемости. Физические свойства могут быть определены путем непосредственных измерений или косвенным путем по нормативным документам, утвержденным Госстандартом России ,,,1В либо Государственной службой стандартных справочных данных . Таблица 1. Область применения Плотность, кгм3 Давление, МПа Погрешность определения фнз. ИХ мод. Отличие приведенных в таблице методов заключается в определении коэффициента сжимаемости природного газа.