小流量音速喷嘴装置及测量特性研究

发布时间：2017-10-25 13:15

  本文关键词：小流量音速喷嘴装置及测量特性研究

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【摘要】：音速喷嘴是世界各国广泛使用的传递标准,具有结构简单、无可动部件、精度高、重复性好等优良特性,使之在气体流量计量领域中占据了重要地位。在微小气体流量计量的迅速发展下,微小喉径音速喷嘴的研究更加广泛。为了将微小喉径音速喷嘴应用于实际检定工作中,本文在研究微小喉径音速喷嘴结构的基础上,建立了一套小流量音速喷嘴气体流量装置,并对装置的测量特性进行了研究。采用计算流体动力学方法,通过Fluent仿真软件,对两种不同结构音速喷嘴内部的流场进行了数值仿真,分析比较入口段、喉部以及扩散段对流量特性的影响,选择流出系数与临界背压比都较优的圆环形喉部喷嘴结构作为装置中使用的喷嘴。提出小流量音速喷嘴气体流量装置的总体设计方案,并在此基础上依次完成了硬件选型和机械机构设计、基于PLC的下位机检定系统设计以及基于LabVIEW软件平台的上位机监控及数据处理系统,实现了人机交互、自动检定的功能。对装置进行了气密性测试和检定实验,完成了不确定度分析与评定。气密性实验研究表明,静态过程中,滞止腔内气密性良好；动态检定过程中,由于装置流量范围小,微小泄漏引起的不确定度不可忽略。引入泄漏率不确定度后,小流量音速喷嘴气体流量装置扩展不确定度为0.264%(k=2),可以对体积流量在(0.008-1.007)m3/h范围内的质量流量计进行检定。
【关键词】：音速喷嘴 微小气体流量 标准装置 Fluent 不确定度
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-31
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 气体流量装置概述15-24
• 1.2.1 气体流量标准装置的分类15-20
• 1.2.2 小流量气体流量标准装置发展现状20-24
• 1.3 音速喷嘴概述24-29
• 1.3.1 音速喷嘴基本原理24-25
• 1.3.2 微小喉径音速喷嘴数值模拟概述25-27
• 1.3.3 音速喷嘴气体流量装置研究现状27-29
• 1.4 本课题研究内容29-30
• 1.5 本章小结30-31
• 2 小流量音速喷嘴数值模拟31-58
• 2.1 CFD论基础31
• 2.2 音速喷嘴计算模型分析31-36
• 2.2.1 气体动力学基础31-34
• 2.2.2 临界流理论基础34-36
• 2.2.3 计算模型分析36
• 2.3 圆环形喉部喷嘴与圆锥形入口喷嘴的数值模拟36-38
• 2.3.1 几何结构设计36-37
• 2.3.2 模拟参数设置37-38
• 2.4 圆环形喷嘴特性分析38-47
• 2.4.1 流出系数与几何结构的关系38-43
• 2.4.2 临界背压比与几何结构的关系43-45
• 2.4.3 圆环形喉部喷嘴结构优化设计45
• 2.4.4 雷诺数与喷嘴流出系数的关系45-47
• 2.5 圆锥形入口喷嘴的特性分析47-54
• 2.5.1 流出系数与几何结构的关系47-49
• 2.5.2 临界背压比与几何结构的关系49-52
• 2.5.3 圆锥形入口喷嘴结构优化52-53
• 2.5.4 喉部雷诺数与流出系数的关系53-54
• 2.6 结构对比54-55
• 2.7 实验验证55-57
• 2.8 本章小结57-58
• 3 小流量音速喷嘴装置设计58-67
• 3.1 装置整体设计方案58-61
• 3.1.1 技术指标58
• 3.1.2 总体设计方案58-59
• 3.1.3 喷嘴及其安装方式的选择59-60
• 3.1.4 阀门组与气源系统设计60
• 3.1.5 温度压力湿度传感器选择60-61
• 3.1.6 控制系统总体设计61
• 3.2 下位机系统设计61-63
• 3.2.1 下位机选型61-62
• 3.2.2 下位机程序设计62-63
• 3.3 上位机系统设计63-66
• 3.3.1 气密性实验设计64-65
• 3.3.2 各个参数设置65-66
• 3.3.3 检定系统设计66
• 3.4 本章小结66-67
• 4 装置实验及不确定度分析67-77
• 4.1 装置实验67-71
• 4.1.1 装置气密性实验67-69
• 4.1.2 检定实验69-71
• 4.2 不确定度的数学模型71-72
• 4.3 不确定度分析评定72-76
• 4.3.1 临界流喷嘴引入的不确定度73-74
• 4.3.2 滞止压力引入的不确定度74
• 4.3.3 滞止温度测量的不确定度74
• 4.3.4 检定时间的不确定度74-75
• 4.3.5 被检流量计压力测量不确定度75
• 4.3.6 被检流量计温度测量不确定度75
• 4.3.7 装置密封性引起的不确定度75-76
• 4.4 本章小结76-77
• 5 总结与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 附录A83-84
• 作者简历84

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本文编号：1093875