基于数值模拟的宽量程比涡街流量计的研究

发布时间：2020-03-23 05:35

【摘要】：涡街流量计具有结构简单、无可动部件、维护成本低、测量精度高等优点,被广泛应用于液体和气体的流量测量领域。宽量程比涡街流量计的研究在一定程度上能够解决涡街流量计小流量下测量困难的问题,以增加缩径结构的方法最为有效,具有缩径结构的涡街流量计被称为缩径式涡街流量计。目前,大多数企业依然采用传统的经验设计方法设计缩径式涡街流量计,其缩径结构收缩曲线为直线。流体通过直线缩径结构后,流体紊流度改变,导致涡街信号中掺杂更多的噪声信号,影响测量的精度。为了解决这一问题,论文采用数值模拟方法对缩径式涡街流量计的缩径结构进行优化设计,并对相关问题展开研究。主要完成了以下工作:(1)分析缩径式涡街流量计实现宽量程比的结构和理论基础,通过总结常用的收缩段中流体流速的变化规律,设计了一种新的收缩曲线并推导新曲线的方程。(2)利用数值模拟软件FLUENT确定了模型中检测点的最佳位置,选择截面速度均匀性作为评价流体紊流度变化程度的指标,并论证截面速度均匀性大小与涡街信号中噪声信号多少的对应关系。(3)设计以流速(1.6m/s、3.2m/s、6.0m/s)、收缩比(4、9、16)、收缩曲线(直线、维氏曲线、双三次曲线、五次曲线、新曲线)为变量的实验方案,利用FLUENT软件建立不同的缩径结构的的模型,进行仿真实验。仿真实验结果表明,曲线缩径结构的截面速度均匀性都小于直线缩径结构的截面速度均匀性;缩径结构中流体流速的改变对截面速度均匀性大小的影响较小。对比几种曲线缩径结构,收缩比为9的缩径结构的截面速度均匀性最小;相同流速下,收缩比为4、9时,双三次曲线缩径结构的截面速度均匀性最小,收缩比为16时,五次曲线缩径结构的截面速度均匀性最小;新曲线缩径结构和五次曲线缩径结构的截面速度均匀性大小接近,说明新曲线可以作为缩径结构的收缩曲线,验证了收缩曲线方程的设计方法的正确性。(4)为验证仿真实验结果,根据仿真实验中的缩径结构模型制作了直线缩径式涡街流量计、双三次曲线缩径式涡街流量计、新曲线缩径式涡街流量计,进行标定实验。标定实验结果表明,直线缩径式涡街流量计的测量误差和重复性都较大,双三次曲线缩径式涡街流量计的误差和重复性最小,新曲线缩径式涡街流量计的误差和重复性位于两者之间。说明曲线缩径结构有利于改善缩径式涡街流量计的测量精度,也印证了仿真实验的结论。仿真实验和标定实验结果表明,截面速度均匀性作为判断流体紊流度变化程度的参数是合理可行的,曲线缩径结构有利于改善缩径式涡街流量计的测量精度。新曲线满足作为收缩曲线的要求,验证了新收缩曲线方程的正确性。
【图文】：

基于数值模拟的宽量程比涡街流量计的研究

涡街流量计的结构示意图

基于数值模拟的宽量程比涡街流量计的研究

涡街流量计横向剖面示意图
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH814

【参考文献】