内锥流量计安装条件的仿真与实验研究

论文摘要

差压流量计是工业中使用最广泛的一种流量计。而内锥流量计作为一种新出现的差压流量计,与传统的差压流量计相比具有压力损失小,要求前后直管段短、抗脏污等优点。因此近几年来成为国内外研究的热点。由于内锥流量计出现的晚,还没有统一的国家标准。安装条件对内锥流量计性能的影响,目前国内外还没有相关的研究报道。本课题针对安装条件对内锥流量计性能影响开展了研究。本课题从安装条件对内锥流量计流出系数影响入手,对100mm口径β=0.45、0.65、0.85三个等效直径比下的内锥流量计进行了上游弯头、渐扩条件对内锥流量计性能影响的数值模拟研究;对800mm口径的内锥流量计进行了半月型孔板对内锥流量计性能影响的数值模拟研究;并对上游弯头对内锥流量计性能影响的实流实验研究。具体包括CFD仿真预测,并与实流实验结果对比。采用计算流体动力学Fluent仿真软件对800mm口径的内锥流量计在半月型孔板扰流条件下的流场进行仿真。主要从Gambit几何模型的建立,标准k-ε湍流模型的比较、选择和流场计算,根据仿真数据与基线实验数据比较发现:半月型孔板扰流的存在,严重破坏了内锥流量计速度场的对称性;上游5D时流出系数与基线的误差△C%=-1.3%,上游3D时流出系数与基线的误差△C%=7.9%,因此可以预测在上游5D或更远处加半月型孔板扰流对内锥流量计的性能几乎没有影响。利用Fluent仿真软件,采用RNG k-ε湍流模型对100mm口径在上游0D、1D和2D渐扩安装条件下的内锥流量计进行流场数值模拟。根据仿真数据和流场分析发现:上游渐扩安装条件下,其流出系数相对于基线的误差△C%=±0.6% ±0.9% （<±1%）。利用Fluent仿真软件,采用RNG k-ε湍流模型对100mm口径上游弯头安装条件下的内锥流量计进行流场数值模拟。研究了单弯头、同面双弯头和不在同一平面双弯头在锥体上游0D、1D、2D处对三种β值内锥流量计的流出系数影响规律。与在相同安装条件下的实流实验进行对比发现:上游弯头安装条件下内锥计流出系数变化规律与基线的变化规律一致;β越大流出系数受上游弯头的影响也越大;在相同上游直管段长度下,双弯头对内锥流量计的性能影响比单弯头的影响小。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 差压流量计的发展概况
• 1.1.1 差压流量计的发展历史
• 1.1.2 内锥流量计安装条件的研究现状
• 1.2 课题的主要工作
• 第二章 内锥流量计的数学基础
• 2.1 内锥流量计的理论基础
• 2.2 对于不可压缩流体的流量计算
• 2.3 对于可压缩流体的流量计算
• 2.4 对流出系数的讨论
• 2.5 小结
• 第三章 内锥流量计流场数值模拟基础
• 3.1 计算流体力学概述
• 3.1.1 计算流体力学的发展及其应用
• 3.1.2 计算流体力学在差压式流量计研究中的应用
• 3.2 CFD 软件 FLUNET 介绍
• 3.3 湍流模式理论
• 3.4 湍流模型的选择及基本控制方程
• 3.5 本章小结
• 第四章 大口径内锥流量计流场数值模拟研究
• 4.1 大口径内锥流量计流场仿真方法
• 4.1.1 计算模型与网格划分
• 4.1.2 边界条件的设置
• 4.1.3 湍流模型的选择
• 4.1.4 求解控制参数的设置
• 4.1.5 计算结果的获取
• 4.2 数值模拟与实验结果的比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 安装条件对内锥流量计性能影响的数值模拟研究
• 5.1 上游弯头对内锥流量计性能影响的数值模拟研究
• 5.1.1 上游单弯头对内锥流量计的性能影响
• 5.1.2 同平面双弯头对内锥流量计性能的影响
• 5.1.3 不同平面双弯头对内锥流量计性能的影响
• 5.2 半月型孔板对内锥流量计性能影响的数值模拟研究
• 5.3 渐扩条件对内锥流量计性能影响的数值模拟研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 安装条件对内锥流量计性能影响的实流实验研究
• 6.1 基于高位水塔的水流量标准装置
• 6.2 上游弯头对内锥流量计性能影响的实验研究
• 6.2.1 实验方案设计
• 6.2.2 实验数据的处理和分析
• 6.2.3 实验结论
• 6.3 数值模拟与实流实验的比较
• 6.4 误差分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与建议
• 7.1 总结
• 7.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录1 仿真数据表
• 附录2 水实验数据表
• 致谢