金屬管浮子流量計(jì)是一種傳統(tǒng)的變截面流量計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壓力損失小且穩(wěn)定、可測(cè)低速流體介質(zhì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于測(cè)量高溫、高壓及腐蝕性流體介質(zhì)。目前，金屬管浮子流量計(jì)設(shè)計(jì)采用經(jīng)典浮子流量公式計(jì)算，其中流量系數(shù)α受到浮子形狀和來流雷諾數(shù)等多種因素的影響，需要實(shí)驗(yàn)標(biāo)定來確定。該設(shè)計(jì)方法需進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，費(fèi)用昂貴，周期很長(zhǎng)，且獲取的數(shù)據(jù)有限。為深入研究金屬管浮子流量計(jì)的工作機(jī)理，筆者利用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)金屬管浮子流量計(jì)進(jìn)行數(shù)值仿真，通過構(gòu)造仿真模型為研究金屬管浮子流量計(jì)的機(jī)理建立數(shù)值實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)；同時(shí)為金屬管浮子流量計(jì)提供了低成本、短周期的設(shè)計(jì)方法。

  金屬管浮子流量計(jì)的工作原理示意。在垂直的錐形管中，放置一阻力件，即浮子。當(dāng)流體自下而上穿過錐管時(shí)，受到浮子迎流體積阻擋而產(chǎn)生一個(gè)壓差，從而對(duì)浮子形成向上的作用力，同時(shí)由于流體本身的黏性，對(duì)浮子產(chǎn)生黏性力，當(dāng)這兩個(gè)力的合力大于浮子本身的重力時(shí)，浮子就會(huì)向上升，同時(shí)浮子與錐形管問的環(huán)形流通面積增大，流速減低，此時(shí)浮子對(duì)流體阻力作用減小.當(dāng)浮子受到的力達(dá)到平衡時(shí)，浮子就會(huì)停留在某一高度。傳統(tǒng)的金屬管浮子流量計(jì)設(shè)計(jì)采用經(jīng)典浮子流量公式計(jì)算，即

式中：qv為浮子流量計(jì)的體積流量；α為流量系數(shù)；D0為浮子非常大迎流面的直徑；h為浮子在錐管中的垂直位置；φ為錐形管夾角；Vf為浮子體積；ρf為浮子材料密度；ρ為流體密度；Af為浮子垂直于流向的非常大截面面積。