带流动调整器U型声道超声波流量计流场特性仿真及优化

发布时间：2017-05-15 13:03

  本文关键词：带流动调整器U型声道超声波流量计流场特性仿真及优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：测量管段流场分布特性研究是提高超声波流量计(USFM)测量可靠性必须解决的关键技术问题。论文以“带流动调整器U型声道超声波流量计流场特性仿真及优化”为题，研究基于计算流体力学CFD的U型声道USFM声道上流速稳定性分析，重点研究基于CFD流动调整器整流效果分析问题及流量计流场分析与结构参数优化实现。论文研究对于促进测控学科、计量技术学科等的发展及实际应用、促进超声流量测量行业发展具有一定的学术价值和实际意义。 论文对USFM测量机理进行概述和系统分析，分别阐述USFM性能优化技术、基于CFD流量计流场分析及优化技术的国内外研究进展，结合U型声道USFM流场适应性分析需求及流动调整器应用实际意义，确定论文研究内容。主要工作包括： ①从CFD数值模拟机理、流动状态及流动控制方程分析流场仿真总体流程，然后结合某款U型声道USFM测量原理、结构特点，分析影响超声波声道流速稳定性结构参数，提出带流动调整器U型声道USFM流场特性仿真与优化总体实现框架； ②应用CFD工具FLUENT软件模拟仿真U型声道USFM管道内流场分布，引入流量修正系数K分析声道上流速稳定性，分别对USFM中间管道直径D、中间管道长度L1、反射装置与中间管道入口间距L2及分流孔形状对声道上流速稳定性影响进行分析，获得各结构优化尺寸，，形成流场优化USFM模型A； ③在分析流动调整器对改善USFM入口流场稳定性作用的基础上，提出一种基于CFD技术的流动调整器整流效果评判方法。提出管道截面流速稳定性判定方法、整流效果评判指标Lmin，阐述该方法计算流程并运用CFD工具对两个不同流动调整器模型I、II进行了对比验证，该方法对于流动调整器设计与优化具有重要参考价值； ④研究优化USFM模型A不同入口流速下声道上流速稳定性，探讨USFM最优声道选取方案；分析流动调整器模型I、II分别前置于优化USFM模型A两种情况下声道上流速稳定性，验证了流动调整器整流效果评判方法可行性。 研究带流动调整器U型声道USFM流场特性并通过改变模型结构参数尺寸实现流场优化，CFD试验分析结果表明：使USFM中间管道直径D=15mm、中间管道长度L1=32mm、反射装置与中间管道入口间距L2=12mm及扩大分流孔能有效改善USFM声道上流速稳定性；流动调整器对于改善USFM超声波声道上流速稳定性有显著效果，运用基于CFD流动调整器整流效果评判方法进行流动调整器优化设计的方法是可行的。
【关键词】：超声波流量计 计算流体力学 流场仿真 流动调整器 优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 课题提出的背景及意义12-13
• 1.2 超声波流量计概述13-17
• 1.2.1 USFM 基本工作原理及特性13-15
• 1.2.2 USFM 影响因素分析15-17
• 1.3 课题内容研究现状与发展17-28
• 1.3.1 USFM 优化技术研究动态17-24
• 1.3.2 基于 CFD 流量计流场分析研究动态24-28
• 1.4 主要研究内容及文章结构安排28-30
• 第二章 CFD 技术基础与 USFM 流场特性仿真框架30-41
• 2.1 引言30
• 2.2 CFD 流场数值模拟方法概述30-32
• 2.2.1 CFD 数值模拟方法简介30-31
• 2.2.2 USFM 数值分析环境-FLUENT 软件31-32
• 2.3 流动状态与数值模拟方法32-37
• 2.3.1 雷诺数33
• 2.3.2 圆管层流33-34
• 2.3.3 圆管湍流34-35
• 2.3.4 数值模拟方法35-37
• 2.4 流体流动的控制方程37-39
• 2.4.1 连续性方程37-38
• 2.4.2 动量守恒方程38-39
• 2.5 USFM 流场特性仿真与优化总体框架39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 基于 CFD 的 U 型声道 USFM 流场特性仿真41-52
• 3.1 引言41
• 3.2 仿真模型与结果分析方法41-44
• 3.2.1 U 型声道 USFM 模型41-43
• 3.2.2 K 系数评价指标43-44
• 3.3 模拟计算方案44-47
• 3.3.1 分块网格划分44-45
• 3.3.2 边界条件45
• 3.3.3 仿真参数计算与初始化45-46
• 3.3.4 仿真收敛性分析46-47
• 3.4 仿真结果分析47-50
• 3.4.1 流场流速分布47-49
• 3.4.2 K 系数计算与分析49-50
• 3.4.3 USFM 结构参数优化方案探讨50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 基于 CFD 流动调整器整流效果评判方法与实现52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 流动调整器概述52-53
• 4.3 流动调整器整流效果评判方法框架53-56
• 4.3.1 评判方法的仿真步骤53-54
• 4.3.2 管道截面流速稳定性判定方法54-55
• 4.3.3 整流效果评判指标 Lmin55-56
• 4.4 流动调整器整流效果评判方法 CFD 实现56-60
• 4.4.1 试验模型与参数设置57-58
• 4.4.2 评判方法 CFD 试验与计算58-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 基于 CFD 的 USFM 流场特性仿真结果分析及结构优化62-75
• 5.1 引言62
• 5.2 USFM 结构优化 CFD 仿真试验62-68
• 5.2.1 变流量计中间管径流场仿真及优化63-64
• 5.2.2 变中间管道长度流场仿真及优化64-66
• 5.2.3 变反射装置与中间管道入口间距的流场仿真及优化66-67
• 5.2.4 扩大分流孔流场仿真及优化67-68
• 5.3 USFM 优化 CFD 试验68-72
• 5.3.1 USFM 优化结构仿真分析68-69
• 5.3.2 USFM 最优声道的选取69-72
• 5.4 前置流动调整器 U 型声道 USFM 流场特性优化 CFD 验证72-73
• 5.5 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82-83
• 附录83-84

【参考文献】

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本文编号：367821