孔板流量测量装置异变流场在线诊断与修正

发布时间：2017-09-28 22:15

  本文关键词：孔板流量测量装置异变流场在线诊断与修正

  更多相关文章： 异变流场 故障在线诊断 差压比值因子 诊断测压点 孔板入口磨损 孔板上游淤积 后台阶流动

【摘要】：孔板流量测量装置在工业生产中应用非常广泛,然而在实际使用中,常常发生入口直角边缘磨损和上游淤积这两种典型的故障工况,造成流出系数改变,令测量值不准确。为解决这一实际问题,本文完成了孔板故障在线诊断与修正工作。因故障工况与正常工况相比较,流场发生了异变。首先对孔板Fluent仿真模型的建立方法,Gambit网格划分与优化方案,进行了研究。然后,对孔板下游流场的后台阶旋涡进行了定量分析,确定回流区具有稳定性,并得出相关的计算数据。通过Fluent仿真与实流实验相结合的研究方法,定义了差压比值因子,指出了诊断测压点的意义,提出了“异变流场差压诊断法”,对孔板正常工况的流场、两种常见故障工况的异变流场,进行了旋涡稳定性研究、诊断测压点位置选取,差压比值因子的稳定性、分辨率和变化趋势的研究。从而在线地用差压比值因子来判断故障的种类,计算故障程度以及修正流量测量值。通过旋涡稳定性的分析,给出了不同β值的孔板诊断测压点优化选取的要求,对诊断算法进行了实流实验验证,算法的精确度在1.0%之内。在孔板的流体测量中,为了使含有固相颗粒工况,也包括气固两相流的孔板测量,为更准确地避免颗粒物沉降淤积,对通用多相流DPM模型进行了优化研究,指出通用模型改进优化的四项措施,即从气相速度入口模型,颗粒阻力模型,颗粒壁面碰撞模型,颗粒所受各个力的合理取舍四个方面进行优化。通过调用Fluent宏命令并编制相关程序,导入自定义UDF功能模块,嵌入到Fluent仿真中实现改进与优化。实验已经验证优化DPM模型的准确性明显优于通用DPM模型,仿真模拟与实流实验的对比,多方面证明优化是成功的。模型优化的方法具有通用性,优化策略也适用于液固两相流工况。通过仿真计算,探讨了几种孔板结构改进的措施,通过对几种具有圆弧形和斜坡形过渡区的孔板的仿真比较研究,得出改进后的孔板的流出系数有所提高,降低了压力损失,并且在改进后,发生磨损、淤积等故障的可能性降低了。
【关键词】：异变流场 故障在线诊断 差压比值因子 诊断测压点 孔板入口磨损 孔板上游淤积 后台阶流动
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 孔板流量计概述10
• 1.2 孔板流量测量系统研究的发展、现状及问题10-16
• 1.2.1 孔板流量测量系统研究的发展与现状10-12
• 1.2.2 孔板直角边缘磨损的分析与研究现状12-14
• 1.2.3 孔板上游淤积的分析与研究现状14-16
• 1.3 CFD应用于孔板流场的研究现状16-19
• 1.4 课题的提出与内容及创新点19-24
• 1.4.1 课题提出的目的与意义19-21
• 1.4.2 研究内容与章节安排21-22
• 1.4.3 课题的创新点22-24
• 第二章 孔板流场的仿真计算与网格划分24-34
• 2.1 孔板仿真的物理模型24-29
• 2.1.1 孔板测量原理24-26
• 2.1.2 孔板装置及管道的Gambit网格划分26-27
• 2.1.3 CFD模型中网格无关性验证27-29
• 2.2 网格优化措施及结果29-33
• 2.2.1 网格自适应功能29-31
• 2.2.2 网格转化功能31-32
• 2.2.3 网格优化结果讨论32
• 2.2.4 测压方式结果简要讨论32-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 孔板流场的仿真研究34-43
• 3.1 孔板流场的稳定性34-38
• 3.1.1 孔板下游旋涡描述34-35
• 3.1.2 孔板下游旋涡的时间稳定性35-36
• 3.1.3 孔板下游旋涡的空间稳定性36-38
• 3.2 孔板流场中差压比值因子的定义38-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 异变流场的仿真研究43-59
• 4.1 孔板磨损异变流场的研究43-50
• 4.1.1 孔板磨损后的仿真说明43-44
• 4.1.2 磨损异变流场的旋涡稳定性44-45
• 4.1.3 磨损异变流场差压比值因子的稳定性45-47
• 4.1.4 磨损异变流场差压比值因子的变化趋势分析47-50
• 4.2 孔板淤积异变流场的研究50-58
• 4.2.1 孔板淤积的描述与仿真模型50-52
• 4.2.2 孔板淤积异变流场旋涡的空间稳定性52-54
• 4.2.3 孔板淤积异变流场差压比值因子的稳定性54-55
• 4.2.4 孔板淤积下的差压比值因子变化趋势分析55-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 孔板故障诊断与测量值修正的实现59-75
• 5.1 基于异变流场的故障在线判断与修正59-64
• 5.1.1 故障在线判断与诊断修正方法59-60
• 5.1.2 诊断测压点位置的优化选取60-64
• 5.2 磨损后孔板修正及诊断算法64-68
• 5.2.1 国标中磨损孔板修正方法64-65
• 5.2.2 磨损的异变流场诊断算法65-66
• 5.2.3 水装置实流实验验证66-68
• 5.3 标准孔板淤积的故障诊断68-74
• 5.3.1 孔板上游淤积对测量的影响69-71
• 5.3.2 淤积的异变流场在线诊断算法71-73
• 5.3.3 算法的实流实验验证73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 基于颗粒运动的两相流仿真优化75-95
• 6.1 孔板两相流仿真优化的目的75-77
• 6.2 气固两相流建模仿真与算法原理77-81
• 6.2.1 气相模型概述77-79
• 6.2.2 固体颗粒在气相流场中的受力分析79-80
• 6.2.3 通用DPM模型仿真计算方法80-81
• 6.3 通用DPM模型的分析与优化策略81-84
• 6.3.1 颗粒所受各个力的量级与取舍81-82
• 6.3.2 仿真模型气相速度入口选择82-83
• 6.3.3 颗粒阻力模型的选择83-84
• 6.3.4 壁面碰撞模型的偏差与改进84
• 6.4 通过UDF实现DPM模型的优化84-85
• 6.5 模型优化前后仿真对比与实验验证85-94
• 6.5.1 实验装置介绍85-86
• 6.5.2 两相流流型与颗粒轨迹验证86-89
• 6.5.3 孔板阻力损失的验证89-91
• 6.5.4 孔板上游固相颗粒速度分布验证91-94
• 6.6 本章小结94-95
• 第七章 孔板结构优化95-100
• 7.1 孔板结构优化的意义95
• 7.2 孔板流出系数影响因素95-97
• 7.3 结构优化方案与仿真分析97-99
• 7.4 本章小结99-100
• 第八章 总结与展望100-102
• 8.1 总结100-101
• 8.2 展望101-102
• 参考文献102-110
• 发表论文和参加科研情况说明110-111
• 致谢111-112

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本文编号：938360