【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分析及测量控制，具体涉及一种基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法。
技术介绍
1、航空运载火箭大多数采用无毒无污染的液氢、液氧作为燃料，而液体燃料的加注工作是通常在低温条件下进行的。火箭推进剂的加注是航天发射场的重要工作，加注系统的精度控制是发射技术的重要组成部分，而低温推进剂的使用为火箭加注系统带来了巨大的挑战和技术难题。现如今火箭发射场所用流量计均为涡街流量计(或称旋涡流量计)，流量计计量精度是影响加注精度的重要因素之一。通过有限元仿真方法获得发生体产生的涡街频率，对流量计流量系数进行修正，有助于进一步提高加注精度，为发射场固定校验系统标定提供了技术支撑。
2、目前，通过实验来研究低温涡街流量计的流场特性存在如下缺陷：
3、一是流场变化较为复杂，难以通过单一的方法来界定；
4、二是实验周期大，成本较高，对于传感器的精度要求严苛。
5、现有各种流体数值计算方法对涡街流量计流道结构进行仿真分析时，通常都是在室温条件下进行的，对于低温、超低温介质的流场特性研究较少。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其为提高涡街流量计计量精度提供了新的方法，为辅助加注系统精度控制和精度补偿提供了理论依据。
2、本专利技术公开了一种基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，包括：
3、建立低温介质条件下涡街流量计的仿真模型，设定
4、计算仿真结果，得到不同发生体下的流量计内部流场和压力场变化；对压力变化进行分析，得到不同发生体所产生的涡街频率，并拟合得到涡街流量计流量修正系数。
5、作为本专利技术的进一步改进，所述建立低温介质条件下涡街流量计的仿真模型，设定所需的参数后进行有限元仿真；包括：
6、基于流体力学基础对模型内部流体的流动类型进行判断，选择合适的流动模型；
7、定义仿真模型的全局参数；其中，所述全局参数包括：入口平均流速、流体域高度、流体域宽度和流体域环境温度；
8、选用二维物理模型对流体域和发生体进行建模；其中，所述发生体包括前凸形型、三角型和梯型；
9、定义流体介质材料属性和流体流动模型参数；其中，所述流体介质材料属性包括：材料密度、动力粘度和导热系数，所述流体流动模型参数包括流体属性、初始压力和速度，定义流体域模型入口、出口、壁面以及入口速度分布；
10、对模型流体区域进行网格划分；
11、配置模型求解器。
12、作为本专利技术的进一步改进，选用k-ε模型为流动模型。
13、作为本专利技术的进一步改进，在不同发生体条件下，将入口流速作为变量，在低温介质下，每种发生体后选取多个观测点，确定每个点的压力变化情况。
14、作为本专利技术的进一步改进，发生体的位置为：在纵向上发生体位于流体域中轴线上，在横向上发生体左端与流体域中轴线重合；同时，在发生体右侧构建多个观测点，以便于后续对流体内部压力及速度的观测。
15、作为本专利技术的进一步改进，涡街流量计的发生体类型应至少选取3种，观测点位于发生体后面等距分布，且数量不低于3个。
16、作为本专利技术的进一步改进，流体介质材料选用液氧。
17、作为本专利技术的进一步改进，定义流体域左端为入口，由于摩擦阻力的存在，流体介质速度在管道中并不均匀；流体域入口法向速度是一个关于y的函数，数学模型如下：
18、u0＝6*umean*y*(h-y)/h2
19、式中，u0为介质法向流入速度，单位m/s；umean为入口介质为平均流速，单位m/s；y为速度点到流体域低端距离，单位m；h为流体域高度，单位m，定义流体右端为出口，除入口和出口外其余各边包括发生体上各特征边均为壁面。
20、作为本专利技术的进一步改进，采用混合单元模型网格对模型流体区域进行网格划分；其中，流体域内部由三角形网格组成，临近壁面向四边形网格过度并且进行局部网格加密。
21、作为本专利技术的进一步改进，所述配置模型求解器，包括：
22、选择瞬态求解器，并定义瞬态求解器的输出时间、时间步长和仿真时间步。
23、作为本专利技术的进一步改进，所述计算仿真结果，得到不同发生体下的流量计内部流场和压力场变化；对压力变化进行分析，得到不同发生体所产生的涡街频率，并拟合得到涡街流量计流量修正系数；包括：
24、对求解得到的仿真结果进行后处理，得到流量计内部速度云图、压力云图以及速度矢量图，并绘制得到观测点的压力曲线图；
25、通过仿真后处理得到参考点的涡街频率，随后利用最小二乘法对流量修正系数进行拟合；其中，观测点的压力变化频率即为稳定后的涡街频率。
26、作为本专利技术的进一步改进，所拟合的修正系数具有如下的数学关系：
27、
28、式中，为流体域平均流速，单位m/s；f为涡街发生频率，单位hz；k为修正系数，单位m。
29、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
30、本专利技术采用的数值模拟方法，基于仿真分析研究了涡街流量计在低温条件下的流场特性，得到了不同结构参数对涡街流量计内部流场和压力场的影响，并获得发生体产生的涡街频率，根据仿真结果对低温涡街流量计的流量系数进行修正；为发射场固定校验系统标定提供技术支撑，有助于进一步提高加注精度，减少加注过程中流量控制精度方面的误差，确保了加注工作的顺利完成；避免了因实验周期大，成本较高，条件苛刻所造成的资源浪费。同时，经验证，本专利技术的方法对于低温涡街流量计的内部场分析具有一定的准确性，极大地缩减了实验周期、降低了研发成本。
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1.一种基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，所述建立低温介质条件下涡街流量计的仿真模型，设定所需的参数后进行有限元仿真；包括：
3.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，选用k-ε模型为流动模型。
4.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，发生体的位置为：在纵向上发生体位于流体域中轴线上，在横向上发生体左端与流体域中轴线重合；同时，在发生体右侧构建多个观测点，以便于后续对流体内部压力及速度的观测。
5.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，流体介质材料选用液氧。
6.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，定义流体域左端为入口，由于摩擦阻力的存在，流体介质速度在管道中并不均匀；流体域入口法向速度是一个关于y的函数，数学模型如下：
7.如权利要求2所述的基
8.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，所述配置模型求解器，包括：
9.如权利要求1～8中任一项所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，所述计算仿真结果，得到不同发生体下的流量计内部流场和压力场变化；对压力变化进行分析，得到不同发生体所产生的涡街频率，并拟合得到涡街流量计流量修正系数；包括：
10.如权利要求9所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，所拟合的修正系数具有如下的数学关系：
...【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，所述建立低温介质条件下涡街流量计的仿真模型，设定所需的参数后进行有限元仿真；包括：
3.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，选用k-ε模型为流动模型。
4.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，发生体的位置为：在纵向上发生体位于流体域中轴线上，在横向上发生体左端与流体域中轴线重合；同时，在发生体右侧构建多个观测点，以便于后续对流体内部压力及速度的观测。
5.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，流体介质材料选用液氧。
6.如权利要求2所述的基于数值模拟的低温涡街流量计流量系数修正方法，其特征在于，定义流体域左端...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新华，赵泽岭，亢勇，李崧岳，张红星，郑伟斌，孙涛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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