[发明专利]基于CFD的涡轮流量计的仿真方法

权利要求书

1.一种基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，其特征是，包括以下步骤：

a、根据涡轮流量计机芯的实际尺寸，利用机械绘图软件进行机芯部分的几何模型的绘制，再根据涡轮流量计的口径和所绘制的机芯几何模型，利用布尔运算，建立机芯部分的仿真模型；

b、利用仿真前处理软件，对所建立的机芯仿真模型进行识别，再对其进行流体区域划分和网格绘制；对机芯仿真模型的各部分进行网格剖分，并对机芯仿真模型的各个表面的类型进行设置，保存机芯仿真模型的mesh文件；

c、利用机械绘图软件设置机芯仿真模型中叶轮的仿真模型的材料属性，再查询叶轮的质量属性信息，或是根据叶轮的材料属性计算出叶轮的质量属性信息；利用仿真软件Fluent中的UDF接口，将叶轮的质量属性信息附加到叶轮的仿真模型上，利用编程软件对叶轮的质量属性进行编程，保存编制的6DOF程序；

d、将步骤b中得到的mesh文件导入仿真软件Fluent中，利用仿真软件Fluent的UDF接口，将步骤c中得到的6DOF程序附加到叶轮的仿真模型中，利用仿真软件Fluent中的Solves求解器进行求解，设置边界条件，在满足预设残差后仿真收敛，满足条件步数后仿真结束，同时输出叶轮转动位置的信息文件；

e、根据步骤d所输出的叶轮转动位置的信息文件，求解叶轮转速，根据叶轮转速与涡轮流量计的输入流量，求解涡轮流量计的仪表系数。

2.根据权利要求1所述的基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，其特征是，步骤a中的机芯部分的几何模型的绘制方式是：在机械绘图软件中，先建立基准面，然后利用“拉伸”功能得到机芯体，以此方法绘制出包括叶片、管道和导流件在内的各部分零件，再将各部分零件组装到一起，即得到涡轮流量计的机芯部分的组装体几何模型。

3.根据权利要求1所述的基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，其特征是，步骤d中的Solves求解器的求解过程是：首先导入划分好的网格以及编写好的6DOF程序，选择实验中所需的流体材料，并按实际粘度和密度改变材料特性，前、后导流件以及叶轮均选用此流体材料，叶轮旋转方向选用流体的流动方向；选用湍流模型进行计算。

4.根据权利要求1所述的基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，其特征是，步骤d中的设置边界条件的方式是：入口选择速度入口，入口仿真流量点分别是1m³/h、2.5m³/h、4m³/h、7m³/h和10m³/h；出口选择自由流动出口；前、后导流件流体和叶轮流体之间采用interface面进行连接，叶轮流场壁选择移动网格，且移动方向选择流体流动方向，转动速度为零；动态网格中选用平滑处理以及重新啮合方式；平滑处理中选择扩散模式，重新啮合选用最小网格尺寸方式；选件中选择叶轮壁作为输出位置面，将叶轮转动位置输出用于后期数据处理；在动态网格区域中，所有叶轮流体部分附加6DOF程序，叶轮壁选用刚体类型，interface面以及叶轮流场壁面采用刚体被动类型，而叶轮流体内部网格采用变形类型。

5.根据权利要求1所述的基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，其特征是，步骤e中的叶轮转速求解方式是：

首先依据公式(1)计算出相邻两步之间叶轮的角位移Δθ_i；

△θ_i＝θ_i-θ_i-1 (1)

其中，θ_i为仿真第i步叶轮的角度；θ_i-1为仿真第i-1步叶轮的角度；

再将计算得到的叶轮的角位移△θ_i代入公式(2)，计算得到每一步叶轮旋转角速度ω_i；

其中，Δt为单位时间步长；Δθ_i为单位时间步长内叶轮的角位移。

6.根据权利要求5所述的基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，其特征是，步骤e中的涡轮流量计的仪表系数求解方式是：

先取一个周期内叶轮转速的平均值作为叶轮在此流量点下对应的转速值；

其中：n是一个周期内仿真的步数；

再利用叶轮转速的平均值代入公式(4)，计算得到叶轮旋转频率f；

其中：N是叶轮的叶片个数；

由叶轮旋转频率f和流量点q_v代入公式(5)，计算得到涡轮流量传感器的仪表系数K_S；

其中：f是叶轮旋转频率；q_v是入口处的体积流量，单位为m³/h。