超声波反射装置对超声波流量计内水流特性影响的研究

论文摘要

目前我国正在大力提倡节能降耗,这就需要精度较高的资源和能源计量工具,超声波流量计作为一种精度较高的流体计量工具将在节能降耗方面发挥巨大作用。但是国产的超声波流量计的技术水平还不够高,测试精度和可靠性与国外产品还有一定的差距。如何提高国产超声波流量计的自主开发能力,还有待于理论的指导和研究。本研究以目前市场上已经应用的某款超声波流量计为基础,对其超声波反射装置对基表内水流特性的影响进行了研究,给出了相关研究结果和优化方案,同时给出了几款新型的超声波反射装置的设计,对超声波流量计的设计和生产具有一定的指导意义。本研究主要采用了理论分析、数值模拟的方法,并辅以实验验证数值模拟方法的正确性。其中,理论分析渗透于数值模拟过程中,并对模拟计算起指导和补充作用。借鉴已有的数值模拟经验,应用计算流体力学软件,对超声流量计加装超声波反射装置后基表内的流场进行了三维数值模拟,通过计算及结果分析得到超声波流量计的K系数分布规律及K系数标准差的情况,从而研究超声波反射片的支臂尺寸、支臂夹角、反射片投影面积、反射片的外形、两反射片的轴距以及超声波基表通道结构对基表内水流特性的影响,进而提出超声波流量计基表的优化设计方案,同时还研究了超声波流量计最优声路的选择。最后,设计了三款新型的超声波反射装置。本文通过数值模拟计算得出了大量的图谱,展现了加装超声波反射装置后流量计基表内流场的信息。通过分析研究,得出了一些提高基表内流场品质的方法。本文针对超声波流量计加装超声波反射装置后基表内流场特性的研究工作为超声波流量计的设计及测量精度方面提供了相关的理论依据和指导,在一定程度上填补了国内在该领域的空白,具有一定的创新性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号
• 1 绪论
• 1.1 流量计量的意义
• 1.2 超声波流量计的国内外研究现状
• 1.3 超声波流量计的分类及工作原理
• 1.4 时差式超声波流量计测量精度的影响因素
• 1.5 课题研究内容的提出
• 2 超声波流量计过流通道内流场的数值模拟理论及算法验证
• 2.1 CFD简介
• 2.2 过流通道内流场数值模拟软件介绍
• 2.3 数值模拟方法
• 2.3.1 直接数值模拟法（DNS）
• 2.3.2 大涡模拟法（LES）
• 2.3.3 雷诺时均法（RANS）
• 2.4 控制方程
• 2.5 边界条件
• 2.6 数值模拟计算方案
• 2.6.1 计算模型
• 2.6.2 网格处理
• 2.6.3 湍流参数设置
• 2.6.4 计算初始化
• 2.6.5 收敛性分析
• 2.7 实验验证数值模拟方法的正确性
• 3 超声波反射装置对超声波流量计过流通道内水流特性影响的数值模拟研究.
• 3.1 数值模拟结果及分析
• 3.1.1 超声波流量计的K系数
• 3.1.2 反射片支臂尺寸对基表内水流特性的影响
• 3.1.3 反射片支臂夹角对基表内水流特性的影响
• 3.1.4 反射片投影直径d对基表内水流特性的影响
• 3.1.5 反射片外形改变对基表内水流特性的影响
• 3.1.6 两反射片间的轴向距离对基表内水流特性的影响
• 3.1.7 采用变截面通道对基表内水流特性的影响
• 3.2 超声波反射片和基表过流通道结构的优化
• 3.2.1 优化后的结构
• 3.3.2 最优声路的选取
• 4 三种新型的超声波反射装置
• 4.1 四支臂反射片与变截面通道一体结构
• 4.2 三支臂反射片与变截面通道一体结构
• 4.3 简化的超声波反射体结构
• 5 综合分析和结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表