測量低粘度流體介質金屬管浮子流量計的仿真研究

金屬管浮子流量計是一種傳統的變截面流量計，具有結構簡單、工作可靠、壓力損失小且穩定、可測低速流體介質等諸多優點，廣泛應用于測量高溫、高壓及腐蝕性流體介質。目前，金屬管浮子流量計設計采用經典浮子流量公式計算，其中流量系數α受到浮子形狀和來流雷諾數等多種因素的影響，需要實驗標定來確定。該設計方法需進行大量的實驗，費用昂貴，周期很長，且獲取的數據有限。為深入研究金屬管浮子流量計的工作機理，筆者利用計算流體力學方法對金屬管浮子流量計進行數值仿真，通過構造仿真模型為研究金屬管浮子流量計的機理建立數值實驗平臺，優化傳感器的結構；同時為金屬管浮子流量計提供了低成本、短周期的設計方法。

  金屬管浮子流量計的工作原理示意。在垂直的錐形管中，放置一阻力件，即浮子。當流體自下而上穿過錐管時，受到浮子迎流體積阻擋而產生一個壓差，從而對浮子形成向上的作用力，同時由于流體本身的黏性，對浮子產生黏性力，當這兩個力的合力大于浮子本身的重力時，浮子就會向上升，同時浮子與錐形管問的環形流通面積增大，流速減低，此時浮子對流體阻力作用減小.當浮子受到的力達到平衡時，浮子就會停留在某一高度。傳統的金屬管浮子流量計設計采用經典浮子流量公式計算，即

式中：qv為浮子流量計的體積流量；α為流量系數；D0為浮子非常大迎流面的直徑；h為浮子在錐管中的垂直位置；φ為錐形管夾角；Vf為浮子體積；ρf為浮子材料密度；ρ為流體密度；Af為浮子垂直于流向的非常大截面面積。