内外管差压流量计结构优化及特性研究

发布时间：2020-06-23 08:45

【摘要】：流量测量是计量科学技术的重要组成部分,它与国民生活、国际贸易、国防建设、环境保护等方方面面都有着密切的联系。差压流量计是使用范围最广的一种流量计,是目前工业生产中用来测量气、液流量的最常用的一种测量仪表。本文以原有内外管差压流量计为基础,以提高流量计的灵敏度、准确性与节能性为目的,从节流件结构与取压方式两方面入手,对内外管差压流量计进行结构优化。提出了一种新型内外管差压流量计节流件结构,即在原有内外管差压流量计内管前端增加了进口管段与收缩管段,使进入内管的流体经过先收缩加速后扩张减速的过程,同时使进入内外管之间的流体经过先扩张减速后收缩加速的过程。在内外管流体速度相差最大,即压力相差最大的中间管段取压,便可取得最大的差压值。通过运用三维CFD仿真软件,对不同收缩角、扩张角、等效节流比的内外管差压流量计进行仿真,对比分析不同结构内外管差压流量计的性能。选取优化后的新型内外管差压流量计与相同内径的原有内外管差压流量计、反向流通内外管差压流量计进行仿真对比,在入口速度为3m/s的情况下,新型内外管差压流量计差压值是原有内外管差压流量计差压值的3.4倍,是反向流通内外管差压流量计差压值的2.6倍,灵敏度有较大提升;新型内外管差压流量计压损比是原有内外管差压流量计压损比的1/5,是反向流通内外管差压流量计压损比的1/4,节能性有较大提升。提出了一种新的差压流量计取压方式,将原有内外管差压流量计同一截面对称取压的方式优化为同一截面同一位置外取压管嵌套内取压管的单端取压方式。经优化后的新型取压方式保证了流量计无论是竖直测量还是水平测量时取压面均在同一高度,消除了取压管路液位差引起的测量误差,并且简化了取压管路连接的复杂程度,使其与差压变送器连接更加简单方便。制作了新型内外管差压流量计实验样机,并分别进行了水流量与气流量实验。水流量实验在流量范围2m~3/h~24m~3/h内选取12个工况点,重复测量3次。实验结果表明该型内外管差压流量计在大流量阶段性能稳定,流出系数稳定在1.0附近,压损比在0.15附近,具有较好的节能性。利用数据处理软件对水流量流出系数曲线进行拟合,得到水流量流出系数C的拟合模型,将该模型与新型内外管差压流量计的流量计算模型相结合,得到新型内外管差压流量计水流量测量模型。经验证,水流量测量模型相对误差在±0.7%以内。气流量实验在流量范围50m~3/h~280m~3/h内选取6个工况点,重复测量3次,利用数据处理软件对气流量流出系数曲线进行拟合,得到新型内外管差压流量计气流量测量模型。经验证,气流量测量模型相对误差在±1.4%以内。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH814

【参考文献】