[发明专利]基于CFD的涡轮流量计的仿真方法

说明书

本发明涉及一种基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，包括以下步骤：（1）涡轮流量计的机芯部分几何模型的绘制，（2）机芯仿真模型的各部分的模型剖分，（3）叶轮的质量属性的6DOF编程，（4）叶轮仿真模型中的求解器求解和边界条件的设置，输出的叶轮转动位置的信息文件，（5）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。本发明仿真方法能有效地将叶轮的质量信息附加到叶轮模型上，使水流推动叶轮转动，并且能够记录叶轮转动过程，降低了涡轮流量计仿真难度，提高了仿真精度，更好地展示出叶轮转动的仿真状态。本发明仿真方法与实际情况更加相符，更加科学，所以仿真准确性可有大幅提升。

技术领域

本发明涉及一种涡轮流量计仿真技术，具体地说是一种基于CFD的涡轮流量计的仿真方法。

背景技术

涡轮流量计是一种结构紧凑，可靠性高，抗干扰性好的流量计，在流量计领域中占有重要地位。涡轮流量计的工作原理是通过流体流动产生驱动力矩，当驱动力矩大于阻力力矩时，叶轮产生旋转加速度，当转速度达到一定时，推动力拒等于阻力力矩，叶轮转速保持稳定。众多研究方法中，流体仿真是对涡轮流量计性能研究是最省时省力的一种方法。而以往涡轮流量计仿真中大多采用滑移网格方法，预设涡轮转速，然后进行非定常的计算迭代，观察合力矩是否平衡，叶轮上的合力矩在一定的误差下趋向于零并不再变化，则判定为收敛。反之未收敛需要重新预设涡轮转速，进行非定常的计算迭代。这类的仿真方法多数是通过主动控制叶轮转动，导致叶轮力矩变化，通过研究力矩变化来计算叶轮转速，继而计算仪表系数。这实际上是违背了叶轮被动转动的一种实际情况，不能明确地表达出叶轮被流体推动状态。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，以解决现有涡轮流量计仿真方法不能明确表达流动状态的问题。

本发明是这样实现的：一种基于CFD的涡轮流量计的仿真方法，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。

传统仿真方法是采用主动转动方式，而本发明是通过水流推动叶轮转动，使之被动转动，更加直观反映出叶轮转动状态，同时也能清晰展现出叶轮转动平稳前上的加速状态。由于本发明的仿真方法与实际情况更加相符，更加具有科学性，所以仿真准确性可有大幅提升。本发明观察力矩是否平衡有更高的科学性和准确性，不用预测涡轮转速和观察涡轮合力矩受力情况，极大地提高了仿真效率。

本发明仿真方法能有效地将叶轮的质量信息附加到叶轮模型上，使水流推动叶轮转动，并且能够记录叶轮转动过程，降低了涡轮流量计仿真难度，提高了仿真精度，更好地展示出叶轮转动的仿真状态。

附图说明

图1是本发明的仿真流程图。