第二章 平均式风速传感器测片的二维仿真描述

第二章平均式风速传感器测片的二维仿真描述

2.1均速管的构造及测・原理

均速管流量传感器主要由检测杆、静压孔、静压管、总压孔、总压管组成. 迎流端的一排孔为总氏孔，检测杆两侧两排孔为静庆孔，开孔的布置-般有高斯 近似积分法、切比可夫近似枳分法、线性•对数法、等流景分布法、等面积分布 法.其基本结构及安装示意图如图2.1.均速管流量传感源与孔板流量计等差压 式流量传感器，是通过测量岀平均总压和平均停压的值，并且求出两者的压差, 进而求出流量的值，其测量原理都避循伯努利方程・

re 2.1均速管安装剖面结构示意图

均速管流量传感器的测量原理的实质，是流体机械能守恒：流体在沿流线运 动过程中，机械能的忌和保持不变。即：

p + pg2 + *y2 = c (2.1)

然而，各个流线的总能量c不一定相同.对于V体，可忽略重力，方程筒 化为

P + jpV2=C (22)

式中p为流体中某点的压强，v为流体在该点的流速，P为流体密度，单位 Kg/m\ C是一个常懺.具体的，将均速管流量计的中空的金属检測杆插入管道 内，当流体流过均速管时，在其检测杆截面的前端及上下侧面，分别形成髙压区 与低压区，两个圧力区域的流体分别从总压孔与静压孔，流入总压腔及静压腔,

总压及静压的压力差值即表达了平均流速的压力。假定均速管检测杆前端的流速 是V.单位m/s,压力是P1单位Pa,检测杆背部的流速为V2（m/s）,背部压力为 P2（Pa）,如果忽略摩擦阻力、流体的高度差值等状况，由伯努利方程知：

Pi+^ = P2+lpV2 （2.3）

又流体在均速管检测杆迎流端发生分岔，，即该点为驻点，流速V为0,所 以平均流速：

岭=拌 <2.4）

2.2均速管传感器的优缺点

均速管传感器拥有明显的优势：均速管传感器的压力损失较小，仅仅是 差压值的2%-15%,不足孔板流量计压力损失的5%,在测量大管径的流量 时，其节能是非常显著。均速管传感器主要包括检测杆和引压管，构造简单，便 于生产，成本低廉。使用时直接插入管道中，系统运行过程中也可实施安装或者 拆卸，安装拆卸都很便捷，且费用较低。测量准确度高，稳定性好，其准确度为 ±1%%定性为±0.1,能够保持长期输出非常稳定的差压信号。

另外，均速管流量计也有其缺点：均速管传感器具有较低的输出压差，很容 易受管道内的压力变动的影响，降低了速度测量果的可靠性.为了得到更高的測 量精度，则需要更高度的差压变送器，致使相关的成本大幅度上升。

2.3平均式风速传感器测片的结构及其测.原理

基于均速管流量计的现状，我们选取了较适合空调管道低风速测量的一款差 压式均速管流量计，即法国凯茂仪器公司的DEB1MO平均式风速风量测片（图 2.2）,可固定在圆形或方形管道内，用于测量风速与风量，该装置结构简易，且 成本低廉。当搭配使用法国凯茂的差压产品（差压变送器、液柱式差压计、手 持式差压仪、差压开关等）时，DEBIMO平均式风速风量测片，可确保地 显示、控制或记录风速和风量。

图2.2平均式风速风量测片的侧面图及正面图

法国凯茂仪器公司研发与生产的DEBIMO平均式风速测片，可用于各种风 量系统的风速风量测量。如图2.3在管道中正确地安装DEBIMO平均式风速测 片时，测片中产生动压，且风量与该动压平方根成正比.

图2.3产品的安装图

平均式风速测片是典型的差压式均速管流量计，其工作原理与2.2小节介绍 的一致.具体的当来流流经检测杆时，在其前端形成高压分布区，在其两侧形成 低压分布区如图:

图2. 4平均式风速风皇测片迎流端截面示意图

风速V （m/s） =KLX - P2其中，Pi是迎流端的压强，P2是检测杆后端 的压强，Kl是DEBIMO测片系数。

均速管流量传感器流量系数用来表征，管道中流体的体积流量的实际计算值 与理论值存在的差异，K=Qv/Qv理知：

K=V 馬 （2.5）

又V=KL面，则流量系数与测片系数之间的关系为：

K=Kl£ （2.6）

主要应用的系统有：实骏室中的送风系统，空调送排风系统，空气流通测试 设备，烟气净化和排气系统，吸尘系统。

2.4二维仿真的主要步■

结合选购的法国凯茂仪器公司的产品，DEBIMO平均式风速风量测片的具 体的几何尺寸，如图2.2,展开具体的研究。

1、 建立几何模型，结合DEBIMO平均式风速风量测片检测杆截面的具体几 何尺寸，绘制出检测杆截面的几何模型，根据充分发展流的相关准则， 绘制出检测杆周围的流场的计算域。

2、 网格划分，在Gambit中将所绘制的几何模型进行网格划分，鉴于流场的

计算域较大，并且对检测杆周围的流场状况比较关注，所以釆用分块划 分网格，另外对不同模块所釆用的网格划分的类型及尺寸也应进行合理 的甄选。

3、 边界条件的设置，对流场计算域的四周以及检测杆的周围都要进行必要 的条件设置，具体包括入口、出口条件的设置，检测杆截面的壁面设置。

4、 仿真模型的后处理分析，将.mesh文件导入Fluent中，首先进行网格质量 及其尺寸的检查，求解器的定义，湍流模型的定义，材料性质的设置， 边界条件以及求解控制的设置，初始化流场对必要的指标比如总压、静 压进行监测，进行迭代计算。结合相关的图形及计算结果，进行后处理 分析。

2.5本章小结

本章节主要介绍了，平均式风速测片作为一种差压式流量计的的工作原理以 及优缺点，还大致介绍r采用二维仿真的方法研究平均式风速测片的主要步骤。 以期通过仿真研究这种成本低廉的方法，在平均式测片的基础上将其在空调管道 低风速测量方面，进一步拓宽风速测量的范围，提高风速测量的精度。