【摘要】：本文目的是研究管內(nèi)溫度場(chǎng)的分布情況,通過(guò)優(yōu)化前后模擬云圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,對(duì)計(jì)量裝置加熱器進(jìn)行布局,以保證計(jì)量裝置內(nèi)部溫度場(chǎng)分布均勻。本文研究思路為:案例分析→方案選取→計(jì)算機(jī)仿真→試驗(yàn)臺(tái)搭建→計(jì)量裝置應(yīng)用測(cè)量→結(jié)果分析→FLUENT模擬優(yōu)化→優(yōu)化后計(jì)量裝置搭建→數(shù)據(jù)測(cè)量驗(yàn)證→應(yīng)用拓展。本文利用ICEM軟件建立軸心為加熱棒,外部為鋼管的模型。通過(guò)O-block切分得到結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,經(jīng)過(guò)網(wǎng)格加密和無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)后導(dǎo)入FLUENT。確定影響溫度場(chǎng)分布的傳熱方式為溫度引起密度差而產(chǎn)生的空氣自然對(duì)流后,進(jìn)行FLUENT參數(shù)設(shè)定,尤其是設(shè)置重力。進(jìn)行溫度、壓力和速度云圖分析,確定熱電偶測(cè)點(diǎn)繞管壁環(huán)形布置。本文依據(jù)GBT10296-2008《絕熱層穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定圓管法》搭設(shè)計(jì)量裝置。本次實(shí)驗(yàn)鋼管長(zhǎng)1000mm,直徑100mm,加熱棒長(zhǎng)900mm,直徑20mm,兩端頭縮進(jìn)50mm,固定于鋼管軸心,橫向放置狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀測(cè)主管和隔縫最近12組數(shù)據(jù)波動(dòng)情況,分析:(1)主管道8測(cè)點(diǎn)最大溫差;(2)隔縫處最大溫差;(3)隔縫與主管1、8號(hào)測(cè)點(diǎn)溫差;(4)主管最高點(diǎn)和最低點(diǎn)溫差。1.試測(cè)100℃工況下,12組數(shù)據(jù)溫差浮動(dòng)1%左右,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不隨時(shí)間變化,處于穩(wěn)定狀態(tài),主管段數(shù)據(jù)最大溫差在1%左右,隔縫處最大溫差也在1%左右,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足正式測(cè)試要求2.第一次400℃工況下,12組數(shù)據(jù)最大溫差浮動(dòng)3%,有明顯的先降后升,未達(dá)穩(wěn)定狀態(tài),得出結(jié)論,測(cè)量前的穩(wěn)定時(shí)間由5小時(shí)延長(zhǎng)至7小時(shí)。3.第二次400℃工況下,12組數(shù)據(jù)最大溫差浮動(dòng)0.8%,不隨時(shí)間變化。(1)主管道8測(cè)點(diǎn)最大溫差32.9℃,浮動(dòng)8.5%,不超過(guò)10%;(2)右隔縫最大溫差2.9�！�,浮動(dòng)0.8%,左隔縫2.5�！�,浮動(dòng)0.7%,均不超過(guò)1%;(3)1點(diǎn)與隔縫14點(diǎn)溫差8.2℃,浮動(dòng)2.2%,8點(diǎn)與隔縫23點(diǎn)溫差13.2℃,浮動(dòng)3.5%,超過(guò)2.5%;(4)主管相鄰高位測(cè)點(diǎn)5與低位測(cè)點(diǎn)4,高差50mm。溫差7.5℃,浮動(dòng)1.8%。4.進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。取5次實(shí)驗(yàn)各測(cè)點(diǎn)溫度平均值作相關(guān)性分析,主管測(cè)點(diǎn)最大偏差率1.9%,兩隔縫測(cè)點(diǎn)最大偏差了分別為1.7%、1.5%,滿足規(guī)范GBT10296-2008中不超過(guò)2%的要求。由此證明計(jì)量裝置在相同實(shí)驗(yàn)條件下能夠提供相近示值。針對(duì)該模型下的溫度云圖仍存在溫度場(chǎng)分布不均勻和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不精確的問(wèn)題,本文做了優(yōu)化。選擇FLUENT調(diào)整模型,順序如下:第一步將加熱棒向y軸負(fù)方向偏移20mm,第二步采用兩根加熱棒分別設(shè)置軸向向與軸正負(fù)方向各偏移20mm,第三步采用6根加熱棒均勻分布在圓管壁附近的布置方式,鋼管管徑增至360mm。優(yōu)化后管內(nèi)(尤其近管壁處)溫度場(chǎng)分布均勻。依據(jù)最終優(yōu)化模型搭設(shè)計(jì)量裝置進(jìn)行測(cè)量:1.實(shí)驗(yàn)的12組數(shù)據(jù)最大溫差浮動(dòng)0.3%,不隨時(shí)間變化。(1)主管道8測(cè)點(diǎn)最大溫差縮小,為9.2℃,2.3%;(2)隔縫最大溫差變化不大,分別為4.0℃、0.8%和2.1℃、0.5%;(3)主管與隔縫溫差縮小,分別為2℃、0.5%和8.6℃、2.1%;(4)主管高低測(cè)點(diǎn),高差增加,溫差卻依然縮小,為1℃,0.2%。2.進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。取5次實(shí)驗(yàn)平均值作相關(guān)性分析,得出主管最大偏差率為0.2%,隔縫處分別為1.6%、1.3%,滿足規(guī)范要求。對(duì)比發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后溫度場(chǎng)分布更加均勻,數(shù)據(jù)更加精確,經(jīng)相關(guān)分析,優(yōu)化后重復(fù)實(shí)驗(yàn)示值更相近,優(yōu)化方案合理可行。最后本文在250mm管徑和600mm管徑兩種條件下,分別貼近管壁均勻設(shè)置4根、8根加熱棒,通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬溫度場(chǎng)分布,驗(yàn)證在其他管徑下運(yùn)用FLUENT的可行性。結(jié)果顯示,在更大管徑模型中通過(guò)再次加密加熱棒的方式可以提升模擬效果,管內(nèi)溫度場(chǎng)更加均勻。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM623
【圖文】：

）更多的網(wǎng)格質(zhì)量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)以及網(wǎng)格的快速修復(fù)）能夠生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格能夠生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，講的是通過(guò)劃分 block 的形式建立規(guī)則網(wǎng)高網(wǎng)格質(zhì)量，為 FLUENT 模擬節(jié)省了巨大的時(shí)間。ICEM 的操作：圖 2-1 ICEM CFD 操作界面構(gòu)化網(wǎng)格及其劃分

包含在 ANSYS 旗下的一款網(wǎng)格劃分軟件，具備幾何建能，它具有以下幾大優(yōu)勢(shì)：有好的操作界面豐富的幾何輸入接口及網(wǎng)格輸出接口比較完善的幾何建模工具多種多樣的網(wǎng)格形式—可以形成混合網(wǎng)格可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多流域問(wèn)題快速生成網(wǎng)格的功能更多的網(wǎng)格質(zhì)量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)以及網(wǎng)格的快速修復(fù)能夠生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格夠生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，講的是通過(guò)劃分 block 的形式建立規(guī)則網(wǎng)網(wǎng)格質(zhì)量，為 FLUENT 模擬節(jié)省了巨大的時(shí)間。ICEM 的操作

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2728217