Моделирование гидродинамических характеристик потока воды в блоке расходомеров с пассивной закруткой потока в трубопроводной системе поверочной установки

Описаны недостатки геометрии проточной части типовой напорной трубопроводной системы и компоновки блока расходомеров из состава поверочной установки. Важной проблемой при течении потока воды по проточной части сложной геометрической формы напорной трубопроводной системы является отрыв потока на стенках, возникновение кавитации и вибраций трубопроводной системы. Предложен подход, исключающий возникновение кавитации в потоке воды и вибраций стенок участков сложной геометрической формы напорной трубопроводной системы. Это достигается в результате формирования вихревой структуры потока воды в ресиверах блока расходомеров с пассивной закруткой потока. Построены геометрическиемодели проточных частей напорных трубопроводных системи блоков расходомеров (типового и перспективного с пассивной закруткой потока). Сгенерированы адаптированные к расчётам сеточные модели высокого разрешения со сгущениемв пристеночных областях. Определеныбезразмерные координаты (локальные числаРейнольдса в ячейках), которыеможно использовать для расчётовмоделей турбулентности, основанных на осреднении уравнений НавьеСтокса по числуРейнольдса. Верификация результатов численных прогнозов выполнена по результатамэкспериментального исследования потерь давления в блоке расходомеров типовой трубопроводной системы. Выполнено численное моделирование потерь давления в блоке расходомеров с пассивной закруткой потока перспективной трубопроводной системы, по результатам которого данная система спроектирована, создана и экспериментально исследована. Оценены качество турбулентного профиля скорости потока воды в выходном поперечном сечении перспективной трубопроводной системы и влияние парной вихревой структуры в напорном трубопроводе на структуру потока и формирование профиля скорости в измерительной линии. Обоснована гидравлическая эффективность блока расходомеров с пассивной закруткой потока. Реализовано напорное однофазное (безкавитационное) течение потока воды. Представленный подход и полученные результаты можно использовать при разработке новых поверочных установок и модернизации существующих.

1. Menter F. R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. In Turbulence, Heat and Mass Transfer 4. Ed. K. Hajalic, Y. Nogano, M. Tummers. Begell House, Inc, 625–632 (2003).

2. Smirnov P. E., Menter F. Sensitization of the SST turbulence model to rotation and curvature by applying the SpalartShur correction term. Journal of Turbomachinery, 131(4), 041010 (2009). https://doi.org/10.1115/1.3070573 ; https://www.elibrary.ru/mxcllf

3. Исаев С. А., Леонтьев А. И., Баранов П. А., Попов И. А., Щелчков А. В., Габдрахманов И. Р. Численное моделирование интенсификации теплообмена в плоскопараллельном канале с цилиндрической неглубокой лункой на нагретой стенке. Инженерно-физический журнал, 89(5), 1195–1210 (2016). https://elibrary.ru/wxkfi b

4. Albaina I., Esteban G. E., Bidaguren I., Izquierdo U. New switching gate diverter valve for large fl ow measurement systems. Flow Measurement and Instrumentation, 93, 102425 (2023). https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2023.102425 ; https://www.elibrary.ru/nhbpmh

5. Yang W.-L., Wang X.-G., Chen Y.-J., Shen Y.-M. Optimal fl ow characteristics and timing error of a rotary fl ow diverter. Jiliang Xuebao/Acta Metrologica Sinica, 44(4), 598–603 (2023). https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.04.16

6. Engel R., Baade H-J. Model-based fl ow diverter analysis for an improved uncertainty determination in liquid fl ow calibration facilities. Measurement Science and Technology, 21(2), 02541 (2010). https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/2/025401

7. Shimada T., Oda S., Terao Y., Takamoto M. Development of a new diverter system for liquid fl ow calibration facilities. Flow Measurement and Instrumentation, 14(3), 89–96 (2003). https://doi.org/10.1016/S0955-5986(03)00016-5

8. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. Москва, Наука (1991).

9. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Москва, Машиностроение (1992).

10. Cordova L., Furuichi N., Lederer T. Qualifi cation of an ultrasonic fl ow meter as a transfer standard for measurements at Reynolds numbers up to 4∙106 between NMIJ and PTB. Flow Measurement and Instrumentation, 45, 28–42 (2015). https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2015.04.006

11. Кириллов. И. А. Измерение расхода питательной воды реакторных установок атомных станций. Измерительная техника, (9), 33–38 (2019). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-9-33-38 ; https://www.elibrary.ru/qlszev

12. Il’in G. K., Tarasevich S. É., Shchelchkov A. V., Yakovlev A. B. Heat transfer in rough tubes with an inserted twisted tape. Heat Transfer Research, 41(1), 21–32 (2010). https://doi.org/10.1615/HeatTransRes.v41.i1.20 ; https://www.elibrary.ru/mxmbsn

13. Van Doormaal J. P., Raithby G. D. Enhancement of the SIMPLE method for predicting incompressible fl uid fl ow. Numerical Heat Transfer, 7(2), 147–163 (1984). http://doi.org/10.1080/01495728408961817.