U型反射体超声波热量表流量计量的水流动态特性数值分析

发布时间：2017-09-26 21:31

  本文关键词：U型反射体超声波热量表流量计量的水流动态特性数值分析

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【摘要】：近年来，伴随着城市的建设发展，环境问题和能源危机不断出现，城市集中供热由于在环保和节能方面的作用而倍受关注，得到快速发展。由于供暖分户计量的要求，户用热量表成为集中供热系统用户端常用的计量设备。然而，热量表计量的可靠性会直接影响热计量收费的合理性，最终影响集中供热系统的节能效果。 超声波热量表流量测量的精度与流场有直接的关系，如中心轴线瞬时线速度的稳定性反映了非稳态条件下超声波声道速度的稳定性，还有，线平均速度与面平均速度之差的稳定性反映了流量换算的可靠性，这种可靠性由流量计量修正系数K值来体现。流量测量精度要求在测量范围内的不同流量下K值能保持相对稳定。 该课题以U型反射体超声波热量表基表为研究对象，建立了与实体同样大小的U型反射体超声波热量表基表物理模型，采用大涡模拟数值方法对管道内的流动规律，流场分布进行了数值计算，分析了在不同流速、不同缩径通道断面的条件下，中心轴线瞬时线速度的稳定性及热量表流量计量修正系数K值的稳定性，并对热表前后接管长度对测量精度的影响也进行了计算分析。 文章分析了管道内流场规律，可以看到在上游圆柱后产生了对称涡旋，而在下游圆柱后产生了交替增长的高速流动区域和大小不一的涡旋。结果表明，热量表流量计量修正系数K值随着雷诺数的降低而增大，而压力损失却随着雷诺数的降低而减小。分析得知，当雷诺数处于较大数值区域内时，热量表的K值更接近出厂检测K值，，同时，缩径通道尺寸的减小能够增强K值的稳定性，但也增加了管道进出口的压力损失。此外，通过分析比较得出热量表上游直管段的长度尺寸会对热量表修正系数K值产生影响，而下游直管段的长度尺寸对其基本没有影响。 本文的研究成果对超声波热量表的内部结构优化和水流特性的研究具有一定的参考意义。
【关键词】：超声波热量表 大涡模拟 流量计量 水流特性 压力损失
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU995
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 热量表的国内外发展9-11
• 1.3 热量表的种类11-13
• 1.3.1 热量表的工作原理11
• 1.3.2 热量表的基本组成11
• 1.3.3 热量表的种类11-12
• 1.3.4 超声波热量表的研究现状12-13
• 1.4 本文研究内容13-15
• 第二章 数值计算方法15-22
• 2.1 CFD 简介15-16
• 2.2 FLUENT 简介16-17
• 2.2.1 网格技术16
• 2.2.2 数值技术16-17
• 2.3 GAMBIT 简介17-18
• 2.4 湍流简介18
• 2.5 湍流模型18-21
• 2.5.1 直接数值模拟 DNS18-19
• 2.5.2 大涡数值模拟19
• 2.5.3 基于雷诺平均 N-S 方程组的模型19
• 2.5.4 湍流模型的比较与选择19-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第三章 数值计算模型的建立22-26
• 3.1 几何模型的建立22-23
• 3.1.1 几何模型22
• 3.1.2 计算模型22-23
• 3.2 模型网格划分23
• 3.3 数值计算方法23-25
• 3.3.1 数学模型23-25
• 3.3.2 定解条件25
• 3.4 本章小结25-26
• 第四章 计算结果及分析26-53
• 4.1 时间步长的选取26-28
• 4.2 基表内有限空间绕流流场的动态分析28-35
• 4.2.1 流速为 3m/s 的热量表管道内基表流场的动态分析28-30
• 4.2.2 流流速为 1.5m/s 的热量表管道内基表流场的动态分析30-32
• 4.2.3 流速为 0.034m/s 的热量表管道内基表流场的动态分析32-35
• 4.3 热量表瞬时线平均速度的稳定性分析35-45
• 4.3.1 测量标准规定的流量36
• 4.3.2 中心轴线瞬时线平均速度的稳定性分析36-45
• 4.4 出厂检验测量点的 K 值分析45-47
• 4.4.1 流量修正系数 K 值45
• 4.4.2 缩径通道为 17mm 的热量表出厂检验的三个测量点45-46
• 4.4.3 缩径通道为 16mm 的热量表出厂检验的三个测量点46
• 4.4.4 缩径通道为 15mm 的热量表出厂检验的三个测量点46-47
• 4.5 出厂检验的 K 值适用范围47-50
• 4.5.1 缩径通道尺寸为 17mm 的测量点47-48
• 4.5.2 缩径通道尺寸为 16mm 的测量点48-49
• 4.5.3 缩径通道尺寸为 15mm 的测量点49-50
• 4.6 热量表压力损失分析50-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 安装距离对热量计量的影响53-59
• 5.1 计算几何模型53
• 5.2 定解条件53
• 5.3 热量表流场的动态分析53-56
• 5.3.1 0.2m/s 流速下热量表流场的动态分析54
• 5.3.2 0.4m/s 流速下热量表流场的动态分析54-56
• 5.4 安装距离对热量表 K 值稳定性的影响56-57
• 5.5 进出口压力损失57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 结论59-60
• 展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读学位期间取得的研究成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 邝卫华;黄家强;潘旭枫;陈彪彪;;基于Fluent的超声波流量计水流特性研究[J];管道技术与设备;2013年05期

2 王汉卿;;超声波流量计的测量误差[J];节能;1988年05期

3 刘有博;;超声波流量计的原理及应用研究[J];科技致富向导;2012年09期

4 苏铭德;直方管内充分发展湍流的大涡模拟第二部分[J];空气动力学学报;1995年01期

5 李家春,吴承康;环境力学与可持续发展[J];力学进展;1998年04期

本文编号：925838