Определение оптимальных параметров цифровой модели при исследовании гидрогазодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера с помощью методов численного моделирования

Abstract

Представлены результаты численного моделирования проточной части вихревого расходомера для трех сеток с разным количеством ячеек. Суть решаемой задачи заключается в определении влияния количества ячеек расчетной сетки для геометрии проточной части на точность результатов моделирования, а конкретнее на амплитудно-частотные характеристики вихревого расходомера. Для решения используется метод сравнительных численных расчетов для трех типов сеток одной проточной части и одного режима течения. Численное моделирование проточной части вихревого расходомера с телом обтекания в виде крыла, осуществлялось с помощью суперкомпьютера «СКИФ-УРАЛ» на программном обеспечении ANSYS CFX и Cosmos Flow Simulation. Для проверки сходимости результатов расчеты проведены на трех типах сеток, содержащих 2 млн ячеек, 6 млн ячеек и 18 млн ячеек. Частота колебаний вихрей получена в результате применения метода частотного анализа, основанного на разложении Фурье, для результирующего перепада давления на крыле. Результаты представлены для несжимаемой среды (вода) в виде зависимостей амплитудно-частотных характеристик от времени. Выявлена зависимость точности результатов численного моделирования в зависимости от количества ячеек сетки. Анализ полученных результатов указывает на удовлетворительное согласование результатов численного моделирования между собой и данными физического эксперимента. Относительная погрешность данных численного моделирования не превышает 9 %, при этом наибольшее совпадение получено на расчетной сетке, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности (расхождения не более 2,4 %). Сравнение данных численного и физического экспериментов показало удовлетворительное количественное совпадение. В качестве рабочей сетки рекомендовано принять сетку, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности.The paper presents results of numerical modeling of flow of the vortex flowmeter for the three grids with different number of cells. The essence of the problem to be solved is to determine the influence of the number of grid cells for the geometry of the flow on the accuracy of the simulation results, and more specifically on the amplitude-frequency characteristics of a vortex flowmeter. To resolve we use the comparison of numerical calculations for the three types of grids one running and one of the current regime. Numerical simulation of the flow of the vortex flowmeter with flow around the body in the form of a wing, carried out with the help of a supercomputer “SKIF-URAL” on the software ANSYS CFX and Cosmos Flow Simulation. To check the reproducibility calculations carried out on three types of grids containing 2 million. Cells, 6 million. And 18 million cells. The frequency of the oscillations of the vortices obtained by applying the method of frequency analysis based on Fourier expansion for the resulting pressure drop on the wing. Results are presented for the incompressible medium (water) as a dependency of the amplitude-frequency characteristics of the time. The dependence of the accuracy of the numerical simulation results, depending on the amount of grid cells. Analysis of the results indicates a satisfactory agreement between the results of numerical simulation and a data of experiment. Relative error data of numerical modeling does not exceed 9%, and the longest match is obtained on computational grid containing 6 million. Cell and using SST-turbulence model (difference of not more than 2.4%). Comparison of the data of numerical and physical experiments showed satisfactory quantitative agreement. As a working mesh is recommended to take a gridcontaining 6 million cells and using SST-turbulence model.