徐彤 崔高健 羅明

1長春經(jīng)開供熱集團(tuán)有限公司

2長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

1 引言

集中供熱系統(tǒng)的熱計量是通過熱量表來實現(xiàn)的，從熱量表的組成可以看出，制造熱計量表的技術(shù)比電表、水表、煤氣表等的制造技術(shù)都要復(fù)雜。只有采用高質(zhì)量的熱量表，并綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性、耐用性、可維修性等，才能達(dá)到供熱計量及按量收費的目的。本文利用數(shù)值模擬，通過添加流道，改變?nèi)~尖間隙來提高熱量表的測量精度[1～4]。

2 Fluent軟件數(shù)值模擬

2.1 建立幾何模型

利用CATIA三維制圖軟件繪制熱量表基表圖[5]，其中包括表殼、葉輪室、葉輪。模型如圖1所示。

圖1 熱量表基表

2.2 劃分網(wǎng)格

根據(jù)裝配件形狀不同采用不同的網(wǎng)格劃分方式，根據(jù)對流體流動影響較大的配件給予加密網(wǎng)格處理，如圖2和3所示。

圖2 外殼網(wǎng)格

圖3 葉輪網(wǎng)格

2.3 初始化及參數(shù)設(shè)置

劃分網(wǎng)格以后，給出流動區(qū)域內(nèi)的流動變量的初始值，根據(jù)實際流動情況，首先選擇從入口計算，初始速度、壓強(qiáng)、動能等都選作系統(tǒng)自動設(shè)置的默許值，之后設(shè)置湍流參數(shù)，紊流強(qiáng)度的設(shè)置，可根據(jù)其計算公式[6]：

設(shè)定流量Q=2500L/h時，熱量表流道的內(nèi)徑是16mm，得 Re≈37000，再根據(jù)式（1）得：I=0.029。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

[7～9]，從以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 添加流道的改變對熱量表的影響

根據(jù)條件及參數(shù)對熱量表基表進(jìn)行分析，對比無多流束葉輪室與有多流束葉輪室情況如圖4和5所示。

圖4 沒有加多流束葉輪室

圖5 加了多流束葉輪室

對比兩個圖形可以看出，對于多流束葉輪室圓臺式基表，如果不加入葉輪室可以發(fā)現(xiàn)流場分布比較雜亂，且水流流速較低，減緩了對葉輪室內(nèi)水的出流起到一定的推動作用；相反當(dāng)加入了多流速葉輪室，使得葉輪室內(nèi)的水流形成有序的分布并可以發(fā)現(xiàn)流體緊貼在葉輪壁周邊可以更有效地推動葉輪旋轉(zhuǎn)，能保證水流以較大的速度流出，出口水流速度的增大將帶動葉輪的轉(zhuǎn)動從而提高流量測量的分辨率。通過上面兩幅圖的對比，可以得出：添加葉輪室對熱量表的測量精度的提高起到了很大的作用。

3.2 改變?nèi)~尖間隙對熱量表的影響

葉尖間隙對熱量表的性能影響很大，由此而產(chǎn)生的葉尖泄漏流是葉輪機(jī)械轉(zhuǎn)子中最普遍和有影響的流動現(xiàn)象之一。給出幾組葉尖隙數(shù)值并且計算了基表內(nèi)部壓損△p的變化如圖6所示。

圖6 葉間隙的改變造成壓損的改變

對比3幅流場圖，如圖7、8、9所示。

圖7 葉尖為12mm流場圖

圖8 葉尖隙為20mm流場圖

圖9 葉尖隙為25mm流場圖

通過上面3幅流場圖的比較，可以看出隨著葉尖隙的增大，流場的速度在增加，增加葉尖隙的同時，也減小的葉輪周徑，從而葉輪受到的阻力力臂減小而減小對葉輪沖擊的阻力矩。但是也不能一味的增加葉尖隙，因為不斷地增加葉尖隙，會使葉輪的起始速度減慢，遇到小流量會降低熱量表的分辨率，從而降低熱量表的測量精度。選擇合理的葉尖隙有助于提高精度，選用20mm。

4 結(jié)論

本文運用Fluent軟件對熱量表的性能進(jìn)行了優(yōu)化，通過添加流道，改變?nèi)~尖間隙，提高了熱量表的測量精度。通過吉林省計量科學(xué)研究院檢測，在溫度90℃；靜態(tài)工作電流6μA；公稱流量0.6m3/h；公稱直徑15mm；額定壓力1.6MPa工況下檢測，得到：最大允許壓力損失20.5kPa；流量誤差1.1%；平均溫度誤差0.1%。性能指標(biāo)達(dá)到了國家1級表指標(biāo)。

通過熱量表測量精度的提高，滿足用戶需求，鼓勵用戶應(yīng)用，保證用戶真正能從計量供熱中得到實惠，才能使供熱體制改革順利進(jìn)行，使計量供熱通過試驗并逐步推廣，從中不斷提高和完善我國的節(jié)能與環(huán)保政策，培養(yǎng)和提高人們的節(jié)能意識，對于今后我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高具有顯著的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 任紀(jì)寶,趙春山.淺談集中供熱分戶計量的有關(guān)問題[J].中國計量,2003,(10):20-21

[2] 劉博鋒.集中供熱分戶計量面臨的問題及解決方法[J].山西建筑,2011,37(3):132-133

[3] 劉劍,霍兆義,尹洪超.城市集中供熱的發(fā)展及面臨的問題[J].節(jié)能與環(huán)保,2008,(4):33-35

[4] 李芳.熱能表熱量計算方法的研究[J].中國計量,2005,(1):49-50

[5] 羅明.供熱系統(tǒng)計量裝置的設(shè)計[D].長春:長春工業(yè)大學(xué),2010

[6] 帕坦卡.傳熱和流體流動的數(shù)值方法[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1993

[7] Versteeg H K,Malalasekera W.An Introduction to Computation Fluid Dynamites[M].Berlin:Springer,1996

[8] Roaeh P J.Computational Fluid Dynamites[M].Albuquerque:Hermosa,1982

[9] 杜廣生,王寧,劉正剛.雙流束螺旋翼式戶用熱量表的性能研究[J].儀器儀表學(xué)報,2006,27:1073-1074