Математическое моделирование вихреобразования в проточной части расходомера, выбор оптимальной модели турбулентности

Аннотация

Статья посвящена математическому моделированию процессов, происходящих в проточной части вихревого расходомера при помощи конечно-элементных методов. Актуальность обусловлена недостатком информации по этому направлению на данный момент. 
Проведен анализ современных источников информации по исследованию процессов нестационарного вихреобразования и других гидрогазодинамических эффектов в проточной части вихревого расходомера и подобных устройствах. Приведено краткое описание процесса вихреобразования за телом обтекания, расположенном в трубопроводе круглого сечения. Приведены основные критерии работоспособности изделия. 
Рассмотрены различные математические модели для описания турбулентных течений в трубах с препятствием, проанализированы программные пакеты, на базе которых возможно моделирование нестационарных турбулентных течений. 
Проточная часть была смоделирована в программном комплексе ANSYS в модуле CFX для жидкости и газа, с применением различных подходов к математическому моделированию. В статье приводится краткое описание по основным настройкам расчетной области, по построению сетки и заданию начальных и граничных условий. Для верификации численных расчетов проводились физические эксперименты на проливочных установках и на газовом стенде. Для этого были изготовлены и протестированы образцы, соответствующие численным моделям. 
По результатам исследований было установлено, что наиболее оптимальным подходом, с точки зрения точности и времени расчета, при численном моделировании процессов вихреобразования (дорожки Кармана) в вихревом расходомере является использование осредненной по Рейнольдсу системы уравнений Навье - Стокса, которая замыкается при помощи моделей турбулентности $k-{varepsilon}$, что подтверждается сравнением с экспериментом.