金屬管浮子流量計(jì)是傳統(tǒng)的變截面流量計(jì)。 它具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠，壓力損失小且穩(wěn)定，流體介質(zhì)速度低。 目前，金屬管浮子流量計(jì)的設(shè)計(jì)是根據(jù)經(jīng)典的浮子流量公式計(jì)算的，其中流量系數(shù)α受浮子形狀和雷諾數(shù)等多種因素的影響，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)才能確定。  。 這種設(shè)計(jì)方法需要大量的實(shí)驗(yàn)，價(jià)格昂貴，周期長(zhǎng)并且數(shù)據(jù)有限。 為了深入研究金屬管浮子流量計(jì)的工作機(jī)理，作者采用數(shù)值計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)金屬管浮子流量計(jì)進(jìn)行了數(shù)值模擬。 通過(guò)建立仿真模型，建立了數(shù)值實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)金屬管浮子流量計(jì)的機(jī)理進(jìn)行了研究，并對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。 同時(shí)，它為金屬管浮子流量計(jì)提供了一種低成本，短周期的設(shè)計(jì)方法。
 闡述了金屬管浮子流量計(jì)的工作原理。 在垂直錐形管中，放置了一個(gè)阻力構(gòu)件，一個(gè)浮子。 當(dāng)流體從底部到頂部通過(guò)錐管時(shí)，由于浮子的前向容積會(huì)產(chǎn)生壓力差，從而在浮子上產(chǎn)生向上的力。 同時(shí)，由于流體的粘性，它會(huì)在浮子上產(chǎn)生粘性力。 當(dāng)兩個(gè)力的合力大于浮子本身的重力時(shí)，浮子將向上上升。 同時(shí)，浮子和錐形管之間的環(huán)形流動(dòng)面積將增加，流速將減小。 當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，浮子將保持在一定的高度。 傳統(tǒng)的金屬管浮子流量計(jì)設(shè)計(jì)是使用經(jīng)典的浮子流量公式計(jì)算的，即
  其中：qv是浮子流量計(jì)的體積流量；  α是流量系數(shù)；  D0是浮子很大的上游表面的直徑；  h是浮子在錐管中的垂直位置；  φ是錐管的夾角；  Vf是浮動(dòng)體積；  ρf是浮法材料的密度；  ρ是流體的密度；  AF是垂直于流向的浮子的非常大的橫截面積。
  1.2計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)及其控制方程
 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）是一項(xiàng)使用計(jì)算機(jī)求解描述流體流動(dòng)規(guī)則的控制方程的技術(shù)。 它涉及流體力學(xué)，計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)圖形處理。 為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，作者以不可壓縮的湍流為例，編寫(xiě)了作者使用的k-ε模型的一般形式的流體控制方程。 在直角坐標(biāo)系中，流量可以由連續(xù)性方程和雷諾時(shí)間平均N-S方程確定。