假定計量設備是以空氣作為流動介質, 其具體的流動過程長期處于湍流狀態(tài), 是一種非穩(wěn)態(tài)結構形式。鑒于氣流流動速度遲緩, 因此便可將實際的計算過程假定為非壓縮流體?，F(xiàn)將流體動力學特征概括為以下方程:

在上述方程式當中, ρ代表氣體密度;t代表時間;_iu代表不同分項流體的速度值;v代表流體運動粘度;x_i代表不同坐標的方向;P代表壓力。

借助于減速設備來把腰輪組件的實際運動狀況通過數(shù)字化的方式表示在表頭之上, 并由此來發(fā)揮出計數(shù)效果。在測試系統(tǒng)內(nèi)導進氣體羅茨流量計各個構成零部件, 進一步采取組裝處理, 精簡外部螺絲孔洞, 將羅茨轉子軸和加油孔等對于氣體流體區(qū)域不會產(chǎn)生嚴重影響的部分有機連接起來。在對各功能部件進行組建合并之時, 可采用布爾運算來計算幾何模型, 并由此來獲得氣體羅茨流量計的流體面積大小。為了能夠確保***終的計算結果能夠達到更好的精準性, 便需在來流及出口位置新增設適當?shù)闹惫軈^(qū)域段落。在流體得到全方位的發(fā)展后, 便可把初始區(qū)域段長度采取無量綱化處理, 并進一步獲取到與之相對應的雷諾數(shù)函數(shù)值, 相應的流層即刻表述為:

管道中若為湍流情況, 則初始區(qū)段長度即可被表述為:

在上述計算公式當中, _el代表直管區(qū)段的長度值, D則代表管道內(nèi)徑大小。

本次仿真測試是以空氣作為介質氣體, 流動雷諾數(shù)Re=pu D/μ=45026.3>2350, 通過計算處理后便可了解到l_e/D=24, 因此需在流量計前端新增24倍口徑直管段, 于流量計后端新增14倍口徑直管段, 并以此來確保進口流動能夠順利轉換為湍流, 相應的出口流動則始終保持平緩改變。在全流體區(qū)域內(nèi)部主要就包含了進出口位置的直管段, 羅茨流量計腰輪轉子和外壁所共同構成的區(qū)域可采用Solid Works來將流體區(qū)域分為前后兩端直管段落, 以及相應的流量計楔形及轉子區(qū)域, 之后將其依次導進Pump Linx軟件內(nèi)以便生成網(wǎng)絡系統(tǒng)架構, 在此之中的前后直管區(qū)段以及流量計楔形區(qū)域通常選用常規(guī)網(wǎng)絡結構。

在本次研究當中開展數(shù)值模擬所選用的流量計模型即為RM系列氣體羅茨流量計。其口徑大小為50mm。結構示意詳見圖1, 其中左側為顯示模塊, 右側為計數(shù)模塊。

假定以空氣作為流體介質, 溫度設置為300K, 則流體介質在達到300K之時的密度P即為1.207m³/kg, 動力粘度為μ1.82×10^-3N·s/m², 假定流體具備可壓縮性特征, 彈性模量為101275Pa, 則剩余部分即為默認配置。

假定區(qū)域管道入口位置及速度入口, 對于具體速度值的大小確定則必須要依據(jù)與之所相對的流量值來予以確定, 在出口位置確定出壓力出口, 整體壓力值可被確定為標準大氣壓。轉子轉動區(qū)域依據(jù)外齒輪泵模型來予以布設, 并確定出主、從動輪的圓心點, 確定旋轉軸相向值, 確定出旋轉速度及方向。針對接觸部位均通過Interface邊界條件來確定出與之所相對的分界面。

位于氣體羅茨流量計的標準流量范圍區(qū)域內(nèi)確定出65、85、95、100m³/h共點, 將其完全置于同等工作狀況下開展數(shù)值模擬分析, 進而也便可獲得氣體羅茨流量計內(nèi)部流場壓力分布狀況。位于流量計入口、出口部位分別布設壓力監(jiān)測設備, 基于對進出口部位的壓力差計算來獲取相應的流量計壓力受損數(shù)值。在研究氣體羅茨流量計的內(nèi)部流場分布狀況之時, 壓力與速度是其中的核心內(nèi)容。在本次研究中就采用了Pump Linx軟件來對氣體羅茨流量計開展了模擬分析, 并據(jù)此獲得在流量數(shù)值完全不同的條件下與之所對應的壓力及速度云圖, 并借助于對壓力與速度的特征分析, 來對氣體羅茨流量計優(yōu)化完善指出具有建設性的修改建議。

(1) 壓力分布。通過轉子被分為2、3部分, 其所對應的壓力數(shù)值大致相當, 所產(chǎn)生出的改變形態(tài)也并不巨大。在θ為0°之時, 因受制于氣體侵入影響, 使得前端壓力要明顯高于后端案例之, 特別是在轉子由逆時針方向轉動超過45°以后, 前后兩處氣體并未能夠得到有效連通, 這也將使得后端氣體盡管會流出但是卻無法獲得氣體補充, 氣體壓力下降, 前端氣體持續(xù)滲入, 將會導致前端壓力持續(xù)擴大。相應地在轉子轉動角度擴大到90°之時, 后端氣體將會留出并造成該處位置的壓力下降, 而前端氣體的壓力將會擴大, 且部分氣體將會產(chǎn)生下計量腔。并同時會伴隨著氣體的持續(xù)性流通, 氣體羅茨流量計內(nèi)部流程也將會持續(xù)發(fā)生改變, 然而和先前的改變情況則基本相同。

(2) 速度分布。氣體羅茨流量計的速度分布狀況表現(xiàn)的十分顯著, 在接近于外部位置的區(qū)域因壁面粘性阻力因素影響, 其相應的速度值會明顯略小一些, 而在接近于轉子邊緣壁區(qū)域則會因為受到轉子影響, 促使接近于轉子位置的流動速度要顯著更大一些, 并促進流體的大規(guī)模流動。位于0°情況下進入一端因轉子對氣流的阻擋效應將會使得速度減緩, 而出口一端的氣壓值則會相對略小, 所產(chǎn)生出的壓力差也將會導致后端速度明顯加快, 并產(chǎn)生出接近于轉子位置的速度異常升高區(qū)。在氣體流動之時, 因中間縫隙并非氣體通道, 少部分氣體可通過, 流速相對較小。而伴隨著轉子的轉動角度不斷增大, 氣體將會伴隨下端轉子發(fā)生方向變化, 流動速度也將明顯擴大, 上端氣體因受到轉子阻擋影響, 流速并不會明顯升高。

綜上所述, 通過本文關于氣體羅茨流量計壓力損失的數(shù)值仿真模擬研究, 實踐檢驗表明, 通過Pump Linx軟件所模擬出的流場分布完全滿足于該流量計在真實運行環(huán)境下的壓力與速度特征。借助于流體數(shù)值模擬方法來開展關于氣體羅茨流量計的研究, 能夠實現(xiàn)對流量計性能的進一步優(yōu)化與完善, ***終所得到的數(shù)值模擬結果和實驗改變情況完全相同。