發(fā)布時間：2020-03-28 19:52

【摘要】：工業(yè)生產(chǎn)中需要進行流量測量和流量狀態(tài)檢測,在流量測量的同時要克服工業(yè)生產(chǎn)中高粘度、腐蝕性的流體介質以及對精度和壓損等的要求。在充分考慮了流量計的工作環(huán)境和測量要求基礎上,同時對現(xiàn)有各式流量計做了仔細分析之后,本文提出了一種新型的非侵入式質量流量測量原理。非侵入式質量流量測量原理是利用重力場下流體介質質量流量變化時,流體介質重力和流體介質內壓對管壁造成的綜合應力作為切入點,采用應變測量技術采集管壁應變,然后建立管壁應變差與流體流量的線性方程,最后通過實時采集管壁應變差計算對應質量流量以實現(xiàn)質量流量的非侵入式測量。首先結合材料力學、彈性薄殼力學及管道流體力學等推導出流體介質管壁的綜合應變模型,經(jīng)過細致分析后初步得出管壁應變差與流體質量流量的理論公式,證實了基于重力場的質量流量測量原理的可行性,并為后續(xù)仿真分析和實驗研究奠定了理論基礎。其次考慮到管壁應變是介質流體與管道結構在耦合狀態(tài)下的綜合作用,故采用流固耦合作用(FSI)來進行管壁應變的數(shù)值模擬,應用ANSYS Workbench軟件中FLUENT(流體動力學分析模塊)和Static Structural(靜力學線性分析模塊)進行單向流固耦合模擬:先在流體動力學分析模塊中求解流體介質流場的運動狀態(tài)和壓力分布規(guī)律,然后在靜力學線性分析模塊中將流體介質的流場壓力作為載荷加載到管道和流體的耦合面上,施加重力場后求解出在管壁表面的應變分布規(guī)律。根據(jù)仿真數(shù)據(jù),擬合出管壁中頂部和底部軸向應變差與流體流量呈現(xiàn)出較好的線性擬合特性,進一步證實了非侵入式質量流量測量原理的可行性。依靠實驗室現(xiàn)有管道實驗臺,利用全橋應變片和uT7816動靜態(tài)應變采集分析儀搭建應變采集分析系統(tǒng)。依據(jù)仿真分析結果,選擇標準阻值為1000Ω的四片高精度應變片分別貼在實驗管道(仿真得到的應變最大值處)的頂部和底部組成全橋方式,再接入測量系統(tǒng)以獲得最佳數(shù)據(jù)。實驗過程中應變采集系統(tǒng)能有效采集到應變差且反應靈敏,經(jīng)過多次實驗,并記錄、處理實驗結果。實驗數(shù)據(jù)的擬合直線也達到了較好的線性度和靈敏度,表明本測量原理可以在不破壞流場運動狀態(tài)的情況下對流體介質流量進行有效的測量,為化工企業(yè)流量測量和管道流量狀態(tài)監(jiān)測提供了一種新的思路。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH814

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本文編號：2604836