發(fā)布時(shí)間：2018-04-17 13:58

  本文選題：超聲波熱量表 + 流量系數(shù)k��； 參考：《山東大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：伴隨全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。推行供熱計(jì)量改革是避免能源浪費(fèi),減少污染排放的重要舉措。熱量表是供熱計(jì)量的核心部件,根據(jù)建設(shè)部《供熱計(jì)量技術(shù)規(guī)程》,在測(cè)量過(guò)程中必須達(dá)到規(guī)定的精度。超聲波熱量表是利用超聲波原理來(lái)測(cè)量流量及顯示水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱能量的儀表,具有準(zhǔn)確性好、量程大、壽命長(zhǎng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。然而,我國(guó)供熱水質(zhì)較差,水中雜質(zhì)濃度高時(shí)造成超聲波熱量表的測(cè)量精度降低,影響使用壽命。因此,基于超聲波傳播原理和基表內(nèi)流場(chǎng)特性,研究水流雜質(zhì)對(duì)超聲波熱量表測(cè)量精度的影響規(guī)律,對(duì)提高超聲波熱量表計(jì)量精度和壽命具有重要的意義。聲波在含雜質(zhì)水流中傳播涉及聲場(chǎng)、流場(chǎng)、固相場(chǎng)等多物理場(chǎng)的耦合,致使聲波傳播規(guī)律更加復(fù)雜。本文采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)不同基表通道結(jié)構(gòu)的超聲波熱量表中含雜質(zhì)水流的流動(dòng)特性進(jìn)行研究。通過(guò)理論分析獲得水中雜質(zhì)引起的超聲波衰減特性,搭建標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)定超聲波熱量表在含雜質(zhì)水流中的測(cè)量精度,從而驗(yàn)證采用兩相流模型數(shù)值模擬計(jì)算的正確性,進(jìn)而通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算方法獲得超聲波熱量表基表通道內(nèi)雜質(zhì)分布特性和雜質(zhì)對(duì)超聲波傳播規(guī)律的影響。全文主要工作如下:第一,采用理論分析的方法對(duì)聲波在含雜質(zhì)水流中傳播規(guī)律進(jìn)行研究。從速度分布、溫度變化、流動(dòng)擾動(dòng)、噪聲及檢測(cè)手段等方面給出了雜質(zhì)對(duì)超聲波熱量表測(cè)量精度的影響因素。在此基礎(chǔ)上,對(duì)聲波在含雜質(zhì)水中的衰減機(jī)理展開(kāi)了分析,主要包括波的吸收、散射和擴(kuò)散。結(jié)合雜質(zhì)的沉積對(duì)聲波反射的影響,系統(tǒng)分析了含雜質(zhì)水流對(duì)超聲波熱量表檢測(cè)精度的影響因素。第二,對(duì)超聲波熱量表測(cè)量含雜質(zhì)水流的誤差規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,搭建熱量表流量檢定試驗(yàn)臺(tái),選取純凈水,供熱水、不同濃度的碳酸鈣濁液及黃泥濁液作為水質(zhì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)U型熱量表測(cè)量不同水質(zhì)時(shí)在不同流量的測(cè)量誤差進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。研究了不同種類(lèi)雜質(zhì)和濃度在不同流量下對(duì)誤差的影響規(guī)律,并采用示波器記錄不同誤差對(duì)應(yīng)的超聲波波形。運(yùn)用聲衰減理論分析不同濃度和粒徑的雜質(zhì)引起的能量衰減規(guī)律,指出超聲波波形變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。第三,對(duì)超聲波熱量表基表內(nèi)含雜質(zhì)水流流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。采用兩相流模型對(duì)超聲波熱量表基表內(nèi)的流場(chǎng)特性、雜質(zhì)在超聲波傳播路徑上的分布特點(diǎn)及超聲波反射面附近的雜質(zhì)分布情況分別進(jìn)行研究,流體連續(xù)相采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,固體顆粒采用離散相模型進(jìn)行追蹤。采用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證本文所建立的兩相流模型的正確性。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果獲得傳播路徑上的線速度和基表內(nèi)中心截面的面平均速度,從而獲得流量系數(shù)k,研究不同粒徑雜質(zhì)在不同流量對(duì)流量系數(shù)k產(chǎn)生的影響;通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果獲得傳播路徑上的顆粒濃度,以及顆粒濃度隨流量的變化情況,分析超聲波傳播路徑上雜質(zhì)的分布規(guī)律及雜質(zhì)在不同流量情況下的沉積規(guī)律,結(jié)合超聲波傳播特性分析雜質(zhì)對(duì)測(cè)量誤差的影響。最后,采用上述建立的兩相流模型對(duì)V型超聲波熱量表測(cè)量含雜質(zhì)水流時(shí)基表流場(chǎng)展開(kāi)研究�？紤]其反射面為水平面,雜質(zhì)容易沉積,在反射區(qū)域前加裝渦流發(fā)生器,在反射區(qū)域上方產(chǎn)生較強(qiáng)的漩渦,起到剝離反射區(qū)域雜質(zhì),清洗反射面的效果。通過(guò)數(shù)值計(jì)算對(duì)加裝渦流發(fā)生器前后雜質(zhì)分布情況進(jìn)行對(duì)比,獲得加裝渦流發(fā)生器后的流場(chǎng)特性和對(duì)顆粒分布的影響規(guī)律,進(jìn)一步分析該措施對(duì)提高測(cè)量精度的有效性。本文基于離散相模型對(duì)超聲波熱量表基表內(nèi)含雜質(zhì)水流流動(dòng)進(jìn)行模擬,用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證模型選用的正確性。通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析,獲得了 U型超聲波熱量表在含有不同雜質(zhì)水流時(shí)的流動(dòng)特性,分析了不同濃度不同粒徑的雜質(zhì)顆粒在不同流量對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生的影響,揭示了 U型超聲波熱量表誤差產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理是基表內(nèi)雜質(zhì)分布引起的流量系數(shù)k的改變和超聲波反射路徑上的雜質(zhì)不均勻造成的聲衰減引起的時(shí)差測(cè)量誤差;對(duì)V型超聲波熱量表的反射區(qū)域附近加裝渦流發(fā)生器,在反射區(qū)域形成漩渦沖刷反射面。通過(guò)數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比得出:渦流發(fā)生器對(duì)1μm以下的雜質(zhì)沖刷效果明顯。本研究可以為提高超聲波熱量表的檢測(cè)精度和熱量表基表的優(yōu)化提供理論依據(jù),具有一定的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:In this paper , the influence of impurities on the measurement accuracy of ultrasonic heat meter is studied by theoretical analysis , temperature change , flow disturbance , noise and detection means . In this paper , the influence of different particle size impurities on the flow coefficient k is studied by numerical simulation . The effect of impurity on the measurement error is analyzed by numerical simulation . The effect of impurity on the measurement error is analyzed by using the two - phase flow model .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TU832

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本文編號(hào)：1763887