文丘里流量计流体流动的数值模拟
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Βιβλιοθήκη Baidu· ９２ ·
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤ０ＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
２０１５年第 ４４卷
文 丘 里 流 量 计 流体 流 动 的数 值 模 拟
商 烽 ，陈慧莹，刘红姣
（江汉大学 化学与环境 －Ｉ－程学院化工 系 湖北 武汉 ４３００５６）
摘要 ：利 用 ＡｎＢｙ８ Ｆｌｕｅｎｔ软件对文丘里管 中流体流动状况进行 了数值模拟 ，主要讨论 了不同流量下文丘里管收缩锥度和喉段缩径
Ｓｈａｎｇ Ｆｍｇ，Ｃｈｅｎ Ｈｕｉｙｉｎｇ，Ｌｉｕ Ｈｏｎｇｉｉａｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００５６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌｕｉｄ ｆ ｌｏｗ ｉｎ Ｖｅｎｔｕｒｉ ｔｕｂｅ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｆｌｕｅｎｔ Ａｎｓｙｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ａｎｄ ｆ ｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｌｏｗ ｖｄｏｃｉ￣ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎ ｓｌｅ ａｎｄ ｓｈｒｉｎｋ ａｇｅ ｒａｔｉｏ ｉｎ Ｖｅｎｔｕｒｉ ｔｕｂｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ：Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ａ ｎ ｓｌｅ ｉｓ ｆ ｉｘｅｄ，ｔ ｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆｔｈ ｅ ｉｎｌｅｔ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｗｉｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ；Ｗ ｈｅｎ ｔ ｈｅ ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉ ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈ ｅ ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ａｎ ｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｖａｌｕｅｓ，ａｎ ｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｅｌｏｗ ０．２．Ｔｈｅ ｒｅｓｕ ｌｔｓ ｈａｖｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆ ｉｃａ ｎ ｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｎ ｄ ｓｅｌｅｃｔ ｉｏｎ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｎｔｕｒｉ ｔｕｂｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｈｒｉｎｋａｇｅ￣ｎｇｌｅ；ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ；ｆ ｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ
析很少见。本文 以文丘里管流量计为研究对 象 ，建立 了相应 的实验测试 装置 ，采用数值 模拟 和实 验研究 的方法 ，系统分 析影响文丘里管内部 流场和水力特性的 主要 因素 ，探讨不 同 流量下文丘里管收缩锥度和喉段缩径 比对 文丘里管压降 、流 场 的影响 ，为管路系统流量测 量选择合 适结构 的文丘里流量 测量计提供依据 。 １ 实验 装置 和实验
图 １ 文 丘 里 流 量 计 实 验 流 程 示 意 图
收稿 Ｅｌ期 ：２０１５—０８—２１ 作者简介 ：商 烽（１９９２一 ），湖北武汉 人 ，江汉大学本科在读 ；通讯作者 ：刘红姣 （１９７Ｏ一 ），女 ，湖 北武汉人 ，江汉 大学副教 授 ，主要从事流体流动及传热方面的教学和科研工作 。
体积流最 ／（ｍ＇ＶｔＯ
图 ５ 文丘里管收缩锥度 与压 降的关系
的缩径 比 ，特 别 是对 于大 流 量 的情况 可 以明显 降低 流动 阻 力。数值模拟与实验结果吻合较好 ，其偏差仅为 ０．１３３。 ４ 结论
· ９４ ·
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤ０ＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
２０１５年第 ４４卷
看出 ，随着管内流量 的增 加 ，文丘里 管 的压降基本 也呈线性 增加。保持文丘里 管 的收缩锥 度不变 ，增加缩 径 比，当流速 一 定 时 ，缩径 比与压降差呈负相关关系 ，即缩径 比越小 ，压 降 差越 大 ，而且随着流 量 的增 加 ，压降 变化越 明显。在 管路 安 装尺寸和压力测量精度允许 的范 围内 ，尽可能增加文丘里 管
比对文丘里管压降和流场的影 响 ：当收缩锥度为定值时 ，进出 １＝Ｉ的压差将随着缩径 比的增大而减小 ；当缩径 比一定时 ，进出 口压差
随着收缩锥度的增大而增大。数值模拟结果与实验值吻合度较 高，基本偏 差控制在 ０．２以下 。模 拟分析结 果对于一定 的管路 系
统设计和选择合适结构参数的流量计具有一定 的指导意义。
关键词 ：文丘里流量计 ；数值模 拟 ；喉径 比 ；收缩锥角 ；流动特性
中图 分 类 号 ：ＴＨ１２３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００８—０２１ｘ（２０１５）１８—００９２—０３
Ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ Ｖｅｎｔｕｒｉ Ｔｕｂｅ
文丘里管 流量 计 因其 结构 简单 耐用 ，性能 稳定 ，压力 损 失较小 ，不容易被堵塞等 优点 … ，而广 泛应用 于石 油化工等 各种行 业各种介质 的流量测量 、控制和调节 。随着社会 的发 展 ，对文丘里管流量计 流量测 量范 围 、阻力损 失 和精 度等 提 出了更高的要求 ，而且 随着计 算机 的普及 和软 件的更 新 ，文 丘里管结构参数数值模 拟 的优化设 计 研究也 已经有 数十年 的历史 ，但更多的研究 主要 针对 特定 用途下 的文丘里管进行 模 拟和分析 【２ Ｊ，关于文丘里管作为 流量计 的系统研 究和分
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤ０ＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
２０１５年第 ４４卷
文 丘 里 流 量 计 流体 流 动 的数 值 模 拟
商 烽 ，陈慧莹，刘红姣
（江汉大学 化学与环境 －Ｉ－程学院化工 系 湖北 武汉 ４３００５６）
摘要 ：利 用 ＡｎＢｙ８ Ｆｌｕｅｎｔ软件对文丘里管 中流体流动状况进行 了数值模拟 ，主要讨论 了不同流量下文丘里管收缩锥度和喉段缩径
Ｓｈａｎｇ Ｆｍｇ，Ｃｈｅｎ Ｈｕｉｙｉｎｇ，Ｌｉｕ Ｈｏｎｇｉｉａｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００５６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌｕｉｄ ｆ ｌｏｗ ｉｎ Ｖｅｎｔｕｒｉ ｔｕｂｅ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｆｌｕｅｎｔ Ａｎｓｙｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ａｎｄ ｆ ｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｌｏｗ ｖｄｏｃｉ￣ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎ ｓｌｅ ａｎｄ ｓｈｒｉｎｋ ａｇｅ ｒａｔｉｏ ｉｎ Ｖｅｎｔｕｒｉ ｔｕｂｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ：Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ａ ｎ ｓｌｅ ｉｓ ｆ ｉｘｅｄ，ｔ ｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆｔｈ ｅ ｉｎｌｅｔ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｗｉｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ；Ｗ ｈｅｎ ｔ ｈｅ ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉ ｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈ ｅ ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ａｎ ｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｖａｌｕｅｓ，ａｎ ｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｅｌｏｗ ０．２．Ｔｈｅ ｒｅｓｕ ｌｔｓ ｈａｖｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆ ｉｃａ ｎ ｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｎ ｄ ｓｅｌｅｃｔ ｉｏｎ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｎｔｕｒｉ ｔｕｂｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｈｒｉｎｋａｇｅ￣ｎｇｌｅ；ｓｈｒ ｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ；ｆ ｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ
析很少见。本文 以文丘里管流量计为研究对 象 ，建立 了相应 的实验测试 装置 ，采用数值 模拟 和实 验研究 的方法 ，系统分 析影响文丘里管内部 流场和水力特性的 主要 因素 ，探讨不 同 流量下文丘里管收缩锥度和喉段缩径 比对 文丘里管压降 、流 场 的影响 ，为管路系统流量测 量选择合 适结构 的文丘里流量 测量计提供依据 。 １ 实验 装置 和实验
图 １ 文 丘 里 流 量 计 实 验 流 程 示 意 图
收稿 Ｅｌ期 ：２０１５—０８—２１ 作者简介 ：商 烽（１９９２一 ），湖北武汉 人 ，江汉大学本科在读 ；通讯作者 ：刘红姣 （１９７Ｏ一 ），女 ，湖 北武汉人 ，江汉 大学副教 授 ，主要从事流体流动及传热方面的教学和科研工作 。
体积流最 ／（ｍ＇ＶｔＯ
图 ５ 文丘里管收缩锥度 与压 降的关系
的缩径 比 ，特 别 是对 于大 流 量 的情况 可 以明显 降低 流动 阻 力。数值模拟与实验结果吻合较好 ，其偏差仅为 ０．１３３。 ４ 结论
· ９４ ·
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤ０ＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
２０１５年第 ４４卷
看出 ，随着管内流量 的增 加 ，文丘里 管 的压降基本 也呈线性 增加。保持文丘里 管 的收缩锥 度不变 ，增加缩 径 比，当流速 一 定 时 ，缩径 比与压降差呈负相关关系 ，即缩径 比越小 ，压 降 差越 大 ，而且随着流 量 的增 加 ，压降 变化越 明显。在 管路 安 装尺寸和压力测量精度允许 的范 围内 ，尽可能增加文丘里 管
比对文丘里管压降和流场的影 响 ：当收缩锥度为定值时 ，进出 １＝Ｉ的压差将随着缩径 比的增大而减小 ；当缩径 比一定时 ，进出 口压差
随着收缩锥度的增大而增大。数值模拟结果与实验值吻合度较 高，基本偏 差控制在 ０．２以下 。模 拟分析结 果对于一定 的管路 系
统设计和选择合适结构参数的流量计具有一定 的指导意义。
关键词 ：文丘里流量计 ；数值模 拟 ；喉径 比 ；收缩锥角 ；流动特性
中图 分 类 号 ：ＴＨ１２３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００８—０２１ｘ（２０１５）１８—００９２—０３
Ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ Ｖｅｎｔｕｒｉ Ｔｕｂｅ
文丘里管 流量 计 因其 结构 简单 耐用 ，性能 稳定 ，压力 损 失较小 ，不容易被堵塞等 优点 … ，而广 泛应用 于石 油化工等 各种行 业各种介质 的流量测量 、控制和调节 。随着社会 的发 展 ，对文丘里管流量计 流量测 量范 围 、阻力损 失 和精 度等 提 出了更高的要求 ，而且 随着计 算机 的普及 和软 件的更 新 ，文 丘里管结构参数数值模 拟 的优化设 计 研究也 已经有 数十年 的历史 ，但更多的研究 主要 针对 特定 用途下 的文丘里管进行 模 拟和分析 【２ Ｊ，关于文丘里管作为 流量计 的系统研 究和分