“V”型内锥式流量计的优化设计

论文摘要

差压式流量计作为普遍使用的流量计量仪表,其研究和使用已日趋标准化和成熟化。随着科学技术的发展和能源的日益紧缺,对流量计量行业提出了越来越高的要求。人们为了追求更高的性能和更高的适应性,各种非标准节流装置层出不穷,但是它们的研究还不是很充分。本文主要目的在于探讨当前流行的“V”型内锥式非标准流量计的形状优化问题。本硕士课题采用计算流体力学软件FLUENT进行不同形状节流装置,在不同流场情况下的大量二维数值模拟,并进行数据记录、整理、分析得出优化结果和各种规律性,代替复杂繁琐的流量标定实验。采用优化设计的结果,完成该流量计的工程图。参照工程图进行三维建模,同时进行了三维情况下的流场数值模拟,得出流出系数曲线,可以和实验标定值进行对比。并分析了带支撑杆的流量计的支撑杆影响情况。使用有限元软件ANSYS,并结合FLUENT得出的流场条件,进行节流装置的结构刚度分析,得出最大应力区域和最大变形大小。以探讨其在大流场条件下的可靠性和准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 差压式流量计概述
• 1.2 课题研究的方法和意义
• 1.3 VNZ流量计的结构及基本原理
• 第二章 基本理论
• 2.1 流体流动基本控制方程
• 2.1.1 连续性方程
• 2.1.2 N-S方程
• 2.2 计算流体力学软件Fluent介绍
• 2.2.1 程序结构
• 2.2.2 FLUENT试用的模拟对象
• 2.2.3 FLUENT使用概述
• 2.2.4 FLUENT湍流模型
• 2.3 FLUENT前处理软件包GAMBIT
• 2.3.1 GAMBIT建立网格模型的步骤
• 2.3.2 GAMBIT的网格单元类型
• 2.4 有限元软件ANSYS介绍
• 2.4.1 有限元法的基本思想
• 2.4.2 ANSYS分析的基本过程
• 2.4.3 ANSYS结构静力分析概述
• 第三章 "V"型内锥式流量计的前、后锥角优化设计
• 3.1 流量计外形的选取
• 3.1.1 等效直径比的选择
• 3.1.2 前后锥角的选取
• 3.2 几何模型的建立与网格划分
• 3.3 基于FLUENT的数值模拟
• 3.3.1 网格的读入和检查
• 3.3.2 解算器的使用
• 3.3.3 湍流模型的选择
• 3.3.4 边界条件的设定
• 3.3.5 数值模拟结果演示
• 3.4 数据收集和处理
• 3.4.1 流量计优化设计的考虑因素
• 3.4.2 记录数据
• 3.4.3 数据处理
• 3.5 数据分析
• 3.5.1 线性度的分析
• 3.5.2 压损的分析
• 3.5.3 取压点处流场稳定性的分析
• 3.6 前、后锥角的优化设计
• 3.6.1 边缘取压的最优模型
• 3.6.2 中心取压的最优模型
• 3.7 本章总结
• 3.7.1 本章独创性的思想
• 3.7.2 优化设计中存在的不足
• 第四章 基于优化设计结果的三维数值模拟
• 4.1 内锥式流量计的设计
• 4.2 根据工程图的三维建模
• 4.3 VNZ流量计的三维数值模拟
• 4.3.1 边缘取压式流量计的三维数值模拟
• 4.3.2 中心取压式流量计的三维数值模拟
• 4.3.3 中心取压式流量计的支撑杆分析
• 第五章 流量计结构的有限元分析
• 5.1 流量计的有限元分析的必要性
• 5.2 基于ANSYS的有限元分析的过程
• 5.2.1 三维节流装置模型的导入
• 5.2.2 选择单元类型
• 5.2.3 设置材料属性
• 5.2.4 网格划分
• 5.2.5 施加约束和载荷
• 5.2.6 计算结果的演示
• 5.2.7 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢