内锥流量计的仿真与实验研究

论文题目: 内锥流量计的仿真与实验研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 检测技术与自动化装置

作者: 于中伟

导师: 张涛

关键词: 差压流量计,流出系数,雷诺数,计算流体动力学

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 差压流量计是工业中使用最广泛的一种流量计,广泛应用于石油、天然气、化工等许多领域。内锥流量计作为一种新出现的差压流量计,和传统的差压流量计相比具有压力损失小、要求前后直管段短、抗脏污等优点,尤其是在一些特殊的应用场合,如近海油田湿气测量、垃圾焚烧发电、焦炉煤气的测量等,具有明显的优势。由于内锥流量计具有这些特性,因此近几年来成为了国内外的研究热点。锥体的几何形状对内锥流量计的性能影响很大,尤其对流出系数的影响很大,但目前国内外还没有相关的研究报道,因此有必要对此进行研究。本课题从锥体的几何形状对流出系数的影响着手,对三个等效直径比下的27个几何形状的锥体进行了研究,获得了其仿真和实验的数据。所做的工作包括计算流体动力学仿真、实验样机的研制、实验所需的校验系统软件的设计,数据的采集和处理四个部分。首先,通过采用计算流体动力学软件对内锥流量计的流场进行了仿真。主要工作包括Gambit几何建模,通过比较选择了RNG k-ε湍流模型来进行计算,然后对27个几何形状的锥体进行了仿真。最后根据所仿真的数据,研究内锥流量计的流出系数和锥体几何形状的关系。其次,根据初步的仿真结果,设计了100mm口径的内锥流量样机和九个不同几何形状的前后锥体。管体采用透明有机玻璃,九个前后锥体可组合出27个不同的锥体。在所有部件都完全可拆卸的前提下,保证锥体在管道的中心并有足够的机械强度。然后,对现有的流量标定设备进行了改进。包括采用多线程技术编写了内锥流量计的标定程序,对数据采集板卡进行了校准,对差压变送器的量程进行了扩展。在此基础上,对27个锥体进行了实际的实验,并获得了实验的数据。最后,对所获得的仿真数据和实验数据进行了处理。通过和实验数据的比较发现:内锥流量计的流出系数不仅和等效直径比相关,还与雷诺数有关;β值越大流出系数越小;β值越大,流出系数受雷诺数的影响越大;前锥角对内锥流量计流出系数具有决定性的影响,后锥角则对流出系数的线性度有较大的影响;较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响;和实验数据相比,仿真预测的精度在5%左右。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 差压流量计的发展概况

1.1.1 差压流量计的发展历史

1.1.2 对孔板的改进

1.1.3 内锥流量计的研究现状

1.2 课题的主要工作和创新

第二章 内锥流量计的数学模型

2.1 内锥流量计的理论基础

2.2 对于不可压缩流体的流量计算公式

2.3 对于可压缩流体的流量计算公式

2.4 影响流出系数因素的分析

第三章 内锥流量计的 Fluent 仿真研究

3.1 计算流体动力学软件Fluent 简介

3.2 CFD 在差压式流量计研究中的应用

3.3 内锥流量计几何模型的建立

3.4 边界条件的设定

3.5 湍流模型的选择

3.6 求解控制参数的设定

3.7 迭代收敛的判断

3.8 仿真数据的获取

3.9 仿真数据的分析

3.10 仿真的结论

第四章 内锥流量计的水实验装置研究

4.1 原有实验装置的简介

4.2 新的实验装置的建立

4.2.1 数据采集板卡的选择

4.2.2 校验系统软件的设计

4.3 系统校验误差的分析和改进

4.3.1 系统校验误差的分析

4.3.2 系统校验精度的改进

第五章 内锥流量计的水实验研究

5.1 100mm 口径内锥流量计样机的研制

5.2 实验数据的采集

5.3 实验数据的处理和分析

5.4 实验的结论

第六章 仿真和实验结果的比较与分析

6.1 仿真结果和实验结果的比较

6.2 仿真结果和实验结果差异的原因分析

6.3 目前研究存在的问题和不足

6.4 进一步研究的展望

第七章 结束语

参考文献

发表论文和科研情况说明

附表 1 实仿真验数据

附表 2 水实验数据

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

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