论文题目: 基于差压原理的涡街质量流量测量方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制科学与工程
作者: 黄咏梅
导师: 张宏建
关键词: 涡街流量计,质量流量,差压,数值仿真,信号处理
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 流量是工业控制与生产中的一个重要参数。随着现代工业生产的飞速发展，人们对流量测量的要求越来越高，促使流量测量方法和流量仪表有了迅速发展。但测量对象的复杂多样性，决定了流量测量仪表在应用技术上的复杂性，目前，仍有许多流量测量问题难以解决，质量流量的测量问题更是其中的重点和难点，需要进行深入研究。 涡街流量计是基于卡门涡街原理而设计的一种流量计，由于它具有其他流量计不可兼得的优点，自二十世纪70年代以来得到了迅速发展，目前已广泛用于气体、液体和蒸汽流量的测量。但涡街流量计尚属发展中流量计，与其他传统流量计相比，其理论基础及实践经验还较薄弱，如流体管道中旋涡的分离规律，实际应用中的抗干扰及小流量测量问题等，都亟需探索解决。 本文根据流体力学原理，并结合涡街流量计内流场特点，对涡街信号检测方法进行研究，提出利用差压检测技术，巧妙利用涡街发生体具有的流量特性和阻力特性，通过单路差压传感器同时感受由涡街发生体引起的流体双重变化特性，将测量体积流量的涡街流量计进一步发展成为涡街质量流量计，用于气体和液体等多种流体介质质量流量测量，同时该方法具有较好的抗干扰性。 本文主要内容如下： (1) 对流量测量特别是质量流量测量作了简要概述，并对目前国内外涡街流量计研究现状及发展趋势作了详尽的论述。在已有的利用涡街流量计测量质量流量方法的基础上，通过对涡街流量计中旋涡脱落特性及流场特点的研究，提出利用差压的方法测量质量流量，并分析了该方法的特点、实现的技术难点及解决方案。 (2) 对涡街流量计内流场进行数值仿真计算。根据计算流体动力学(CFD)方法，建立了涡街流量计物理模型和计算模型，应用FLUENT软件进行仿真计算，重点对流场中压力波动特性及压力平均值进行研究，并对涡街发生体附近几个特定点的静压波动情况进行监测、分析和比较，为实验研究提供理论指导。 (3) 根据本文提出的差压测量方法，确定了实验方案、相应的实验装置和使用的差压传感器，并使用空气和水两种不同流动介质进行实验。介绍了差压信号的处理方法。 (4) 对利用差压原理进行质量流量测量的方法进行实验研究。通过大量实验得到不同取压位置的差压信号与流量关系，仪表系数的变动情况，确定了能正确测量质量流量的差压取压位置，并且在特定的涡街发生体上下游取压位置，不同测量介质具有相同仪表系数，为仪表定标带来方便。实验结果证明该方法能准确测得质量流量，并在此基础上可实现流体多参数测量。 (5)运用现代信号处理理论对涡街流量计信号处理方法进行研究。介绍了目前涡街流量计中常用的信号处理方法，提出了利用新DFT递推算法处理涡街信号，通过实验结果证明了这种信号处理方法的可行性和有效性。 研究证明，利用差压检测技术，将涡街流量计用于质量流量测量，是一种有效可行的方法，为质量流量的直接测量提供了一种新的手段，相比其他质量流量直接测量方法，具有不可替代的优势。关键词:涡街流量计，质量流量，差压，数值仿真，信号处理。
论文目录:
第1章 绪论
1．1 流量检测技术概述
1．1．1 流量检测的基本概念
1．1．2 流量检测的主要方法
1．1．3 流量检测技术工程应用研究的重要意义
1．2 质量流量测量概述
1．2．1 质量流量测量方法
1．2．2 质量流量测量技术的发展
1．3 本文研究的意义、方法与内容
1．3．1 研究意义
1．3．2 研究的方法与内容
第2章 基于涡街流量计的质量流量测量方法
2．1 涡街流量计简介
2．1．1 涡街流量计的发展历程
2．1．2 涡街流量计的测量原理
2．1．3 涡街流量计的基本结构
2．1．4 涡街流量计常用测量方法
2．1．5 涡街流量计的工程应用特点
2．2 国内外涡街流量计研究现状
2．2．1 涡街流量计文献综述
2．2．2 研究的难点和趋势
2．3 涡街质量流量计的研究
2．3．1 升力式涡街质量流量计
2．3．2 双路信号差压式涡街质量流量计
2．3．3 复合信号发生体涡街质量流量计
2．3．4 涡街质量流量计研究小结
2．4 基于差压原理的涡街质量流量计
2．4．1 差压检测技术和差压式流量计
2．4．2 涡街流量计中差压检测可行性分析
2．4．3 单路差压式涡街质量流量计测量原理
2．4．4 涡街流量计中差压检测特点
2．5 涡街质量流量计差压检测的实现
2．5．1 实现的技术难点
2．5．2 技术方法
第3章 涡街流量计流场数值仿真
3．1 涡街流量计流场特性
3．1．1 流体绕流柱体后的旋涡形成和脱落机理
3．1．2 流体绕流柱体后的旋涡脱落特性
3．1．3 涡街流量计内流场分析
3．2 流场数值仿真方法概述
3．2．1 流体动力学研究方法及计算流体动力学概述
3．2．2 流体动力学基本方程
3．2．3 流体动力学基本方程的数值求解
3．2．4 计算流体力学的特点
3．3 流场仿真软件FLUENT简介
3．4 涡街流量计流场数值计算仿真模型
3．4．1 涡街流量计物理模型
3．4．2 涡街流量计湍流模型
3．4．3 初始条件和边界条件设置
3．4．4 网格划分
3．5 数值仿真结果与分析
3．5．1 旋涡脱落特性
3．5．2 流场压力分布特点及压力波动性
3．5．3 差压信号频率与流速关系
3．5．4 上下游差压与流速关系
3．5．5 (?)／f与质量流量关系
3．5．6 改变管道内径计算结果
3．5．7 仿真结果小结
第4章 涡街流量计实验装置
4．1 涡街流量计结构
4．2 实验装置
4．2．1 空气实验装置
4．2．2 水实验装置
4．2．3 质量流量的计算
4．3 差压传感器的选取及定标
4．3．1 差压传感器的选取
4．3．2 差压传感器的定标
4．4 差压信号处理系统
第5章 涡街流量计差压检测方法实验研究
5．1 差压信号频率与流速关系
5．1．1 上下游差压信号
5．1．2 差压频率与流速关系
5．1．3 取压位置对差压频率的影响
5．2 差压平均值与差压系数
5．2．1 差压平均值与流速关系
5．2．2 差压系数
5．2．3 取压位置对差压信号的影响
5．3 差压信号波动幅值与差压检测系统动态响应
5．3．1 差压信号波动幅值与流速关系
5．3．2 差压检测系统动态响应
5．4 仪表系数与雷诺数关系
5．5 差压检测抗干扰性实验
5．6 数值仿真与实验结果比较
5．7 实验结果小结与讨论
第6章 涡街流量计信号处理方法研究
6．1 涡街流量计中常用信号处理方法
6．1．1 涡街流量中信号处理方法概述
6．1．2 基于FFT经典谱分析方法
6．1．3 现代谱估计方法
6．1．4 自适应陷波滤波方法
6．1．5 小波分析方法
6．2 新DFT递推算法研究
6．2．1 信号谱分析及DFT、FFT算法
6．2．2 新递推DFT算法
6．2．3 实验结果
6．3 关于算法的讨论
第7章 总结与展望
7．1 研究总结
7．2 研究展望
参考文献
发布时间: 2005-04-15
参考文献
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