涡街流量计涡脱落频率的数值模拟

发布时间：2017-09-28 18:31

  本文关键词：涡街流量计涡脱落频率的数值模拟

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【摘要】：流量是化学工业生产过程和科学实验中的重要参数,物料流动介质的流动、配比和输送,都离不开流量的测量和控制。目前石油行业对于流量计十分依赖,从石油的开采、储运、炼制到销售的每一个环节都用到大量的流量计,所以对于流量计的研究又有了新的要求。涡街流量计是流体振动频率与流速有对应关系的一种新兴流量计,相比于其他流量计,其有着较高的测量精度及量程比,并且结构简单,安装非常方便,参量精度不受被测流体组分、温度、密度、压力影响的特点。但是工程现场较为复杂,涡街流量计能否和在实验室测得的特性一致还是一个未知数。本文利用Gambit建模,建立了带狭缝、梯形、T型柱三种不同形状的旋涡发生体,对其进行网格划分。利用Fluent软件分别在牛顿流体与非牛顿流体中进行数值模拟。并对测量结果的监测点位置,进行了细致的分析,结果发现监测点的位置并不固定,而是在流场发展充分,旋涡稳定的位置设置监测点效果更好。在牛顿流体中,三种旋涡发生体流场都十分稳定可以形成稳定的旋涡,测量结果带狭缝旋涡发生体测量结果最准确;而在非牛顿流体的幂律流体下,T型柱旋涡发生体形成的旋涡并不稳定,其他两种旋涡发生体表现更佳,测量结果梯形旋涡发生体更为精确。对比两种不同流体下旋涡发生体的各种参数,得到梯形旋涡发生体的性能更佳优良,为本文的最理想的旋涡发生体。证实了被测流体的参数对于流量计的测量还是有一定的影响。最后,本文对梯形旋涡发生体在幂律流体下进行了结构优化,对不同尾缘角下的梯形旋涡发生体进行了数值模拟。结果显示在当前模型下,梯形旋涡发生体尾缘角为47.2°时表现最为理想。同时改变了平行长度与旋涡发生体长度的比值,发现在相同尾缘角下平行长度与旋涡发生体长度的不同,测量的结果也有所不同,随后在相同尾缘角下,改变其平行长度与旋涡发生体长度的比值进行数值模拟。最后得到在当前模型下,当尾缘角等于45°时,比值为0.15时测量效果最理想;当尾缘角为47.2°时,比值为0.10时测量的精度最准确;当尾缘角为49°时,比值为0.20时测量效果最好。模拟结果与实验结果基本一致,在模拟的同时保证了变量的单一性,对旋涡发生体的设计方面上提供了一些参考价值。
【关键词】：幂律流体 旋涡发生体 旋涡脱落频率 结构优化 数值模拟
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究的背景9-10
• 1.2 涡街流量计的结构尺寸与工作原理10-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 旋涡发生体形状研究现状12-14
• 1.3.2 监测点取压位置研究14
• 1.4 研究的主要内容及意义14-16
• 第二章 数值模拟计算理论分析16-27
• 2.1 控制方程16-18
• 2.1.1 质量守恒方程16
• 2.1.2 动量守恒方程16-18
• 2.1.3 能量守恒方程18
• 2.2 湍流模型18-23
• 2.2.1 Spalart-Allmaras模型19
• 2.2.2 k -e 模型19-22
• 2.2.3 k -w 模型22
• 2.2.4 雷诺德应力方程22-23
• 2.2.5 大涡模型23
• 2.2.6 湍流模型的选择23
• 2.3 非牛顿流体23-24
• 2.4 傅里叶变换24-27
• 2.4.1 离散傅里叶变换（DFT）24-25
• 2.4.2 快速傅里叶变换（FFT）25-27
• 第三章 数值模拟27-43
• 3.1 梯形旋涡发生体27-35
• 3.1.1 模型的建立与网格划分27
• 3.1.2 边界条件及参数设置27-28
• 3.1.3 检测点的设定与模拟结果28-32
• 3.1.4 数据分析与结论32-35
• 3.2 带狭缝和T型柱旋涡发生体35-40
• 3.3 三种模型对比及结论40-43
• 第四章 幂律流体下三种旋涡发生体的对比43-50
• 4.1 流体参数参数设置43
• 4.2 边界条件及网格划分43-44
• 4.3 数值模拟与数据分析44-50
• 4.3.1 T型柱旋涡发生体44-45
• 4.3.2 带狭缝旋涡发生体45-47
• 4.3.3 梯形旋涡发生体47-48
• 4.3.4 数据分析48-50
• 第五章 梯形旋涡发生体的结构优化50-56
• 5.1 模型建立与边界条件50
• 5.2 数值模拟与数据分析50-55
• 5.2.1 不同尾缘角下的数据分析50-53
• 5.2.2 不同平行长度下的数据分析53-55
• 5.3 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 发表文章目录61-62
• 致谢62-63

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本文编号：937440