超聲流量計管道流場的模擬與分析

對于離散后的流體力學方程組進行數值計算時，首先需要給定解條件，主要是初始條件和邊界條件：入口邊界設定為速度入口，給定流體平均流速，對應雷諾數為1×104；出口條件設定為壓力出口，數值為一個大氣壓，即表壓為零。在給定的初始條件與邊界條件下獲得的流動截面二次流流函數的等值線如圖4所示。
如圖4可知，對于單彎管流場，它的流速分布具備一定的規律，其速度等值線沿著管道軸心的水平截面呈基本對稱狀態。
由于彎管的影響，單彎管流場和充分發展的管道流場的速度分布將有所不同，其在不同剖面上的速度分布也不一樣。其橫向截面與縱向截面分布的剖面圖如圖5所示，根據式(8)，式(9)可知，在某一截面及單一路徑上，面平均速度及線平均速度分別為：

式中：r0∈[0，R]。由此可得單彎管橫向截面及縱向截面的線平均速度分布分別如圖6，圖7所示。

通過對單彎管流動狀態下的速度分布進行模擬可以看出，單彎管中的二次流是兩個以管道軸心水平截面對稱的渦，所以流速分布具備一定的規律。而縱截面的流速分布是對稱的，比橫截面的規律性強，所以在實際應用安裝超聲流量計時，可以利用數據偏差的相互補償來提高精度，這和單彎管流場的縱截面流速分布的特殊性有關。