發(fā)布時(shí)間：2020-10-14 16:35

　　 工業(yè)時(shí)代以來(lái),石油、天然氣、液態(tài)金屬等能源需求巨大,這些流體能源在開采、煉制、交易和使用過(guò)程中需要精密的計(jì)量。流體的計(jì)量易受電磁場(chǎng)、噪聲、環(huán)境溫度等因素的干擾,其計(jì)量精度和計(jì)量穩(wěn)定性的提高成為行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一。靶式流量計(jì)具有對(duì)測(cè)量環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)、性價(jià)比高、測(cè)量精度相對(duì)較高等諸多優(yōu)點(diǎn),在流體測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。靶式流量計(jì)的靜態(tài)性能與其結(jié)構(gòu)尤其是作為主要受力單元的靶片密切相關(guān)。傳統(tǒng)靶式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如靶片的形狀尺寸參數(shù)、靶片的材料以及靶片在測(cè)量流體管道的安裝方式等,基本還是用參照、類比等經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。基于經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法存在缺乏理論分析、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)等明顯的不足,成為靶式流量計(jì)進(jìn)一步發(fā)展的障礙。為解決靶式流量計(jì)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)上長(zhǎng)期存在著結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論不足,流體流場(chǎng)分析研究缺少等問(wèn)題,論文在推導(dǎo)傳統(tǒng)靶式流量計(jì)計(jì)算模型的基礎(chǔ)上著重研究了靶片受力關(guān)系,并利用CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)Computational Fluid Dynamics,以下簡(jiǎn)稱CFD)軟件分析了靶式流量計(jì)最大的測(cè)量不穩(wěn)定因素——旋渦信號(hào),提出了通過(guò)降低旋渦中心總壓來(lái)降低旋渦信號(hào)影響從而提高流量計(jì)的測(cè)量重復(fù)性;同時(shí)在分析靶片受力關(guān)系基礎(chǔ)上提出了動(dòng)壓轉(zhuǎn)化率的概念,并將其作為提高流量計(jì)靈敏度的目標(biāo)參數(shù)。在提出提高靶式流量計(jì)性能的設(shè)計(jì)參數(shù)后,論文通過(guò)FLUENT軟件模擬了圓形靶片、方形靶片和半方形靶片在全量程范圍內(nèi)(0.3~4.5m/s)的流場(chǎng)壓力變化情況。為降低旋渦信號(hào)影響和提高靶片受力靈敏度,對(duì)比了模擬數(shù)據(jù)中的旋渦中心總壓和動(dòng)壓轉(zhuǎn)化率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)圓形靶片在低流速(25%最大量程以下)旋渦總壓最小,受到旋渦影響最弱。在中流速(25%~75%)、高流速(75%以上)中方形靶片和半方形的旋渦信號(hào)強(qiáng)度較小,動(dòng)壓轉(zhuǎn)化率也更高。另外仿真發(fā)現(xiàn),中高流速區(qū)域(25%以上最大量程),半方形靶片對(duì)比另外兩種靶片,其旋渦中心總壓更小,重復(fù)性更好,更加適合高精度、寬量程靶式流量計(jì)研究中的靶片替代品。為了驗(yàn)證模擬結(jié)果,課題分別按照靶式流量計(jì)的靶片設(shè)計(jì)模型制作出三種靶片,并裝配到靶式流量計(jì)中進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn),標(biāo)定結(jié)果顯示,采用圓形靶片在全量程內(nèi)重復(fù)性最差,在中流速以上,半方形靶片的重復(fù)性和靈敏度最好。標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了仿真的結(jié)果。通過(guò)數(shù)值模擬分析和標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,證明了通過(guò)CFD對(duì)靶式流量計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和軟件輔助設(shè)計(jì)是真實(shí)有效的。論文在模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提出的旋渦中心總壓和動(dòng)壓轉(zhuǎn)化率具有實(shí)際的意義,有助于輔助靶式流量計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【學(xué)位單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH814
【部分圖文】：

.2.1 差壓式流量計(jì)人們利用通過(guò)測(cè)量差壓元件前后壓差來(lái)測(cè)量流量的原理和伯努利方程中測(cè)的流量與敏感元件前后壓差的平方根為正比關(guān)系的理論研發(fā)出了差壓式流量[8]。若從發(fā)展歷史、適用范圍和數(shù)量上看，差壓流量計(jì)可以說(shuō)是當(dāng)前世界第一類流量計(jì)。符合這種原理的差壓流量計(jì)有：靶式流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝、均速管流量計(jì)、臨界流流量計(jì)、內(nèi)錐流量計(jì)、彎管流量計(jì)等[9]。其中節(jié)流式壓流量計(jì)的使用最為廣泛，在大部分環(huán)境（壓力、溫度）下均可滿足測(cè)量要求，量介質(zhì)包括氣體、液體、水蒸氣等，甚至部分二相流也可以用它來(lái)測(cè)量。節(jié)流置種類眾多，但是研究比較深入并形成標(biāo)準(zhǔn)的只有孔板、音速噴嘴和文丘里管寥幾種[10]。相對(duì)于其它流量計(jì)來(lái)說(shuō)，節(jié)流式流量計(jì)抗振動(dòng)性能強(qiáng)，標(biāo)定方便，夠更容易的滿足測(cè)量要求，其最主要的缺點(diǎn)就是量程比較窄，較長(zhǎng)的直管段導(dǎo)安裝不方便，且測(cè)量管道易漏、易堵、易凍結(jié)并導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失真[11]。然這些問(wèn)題在近年來(lái)有些技術(shù)上的改進(jìn)，但是與其它流量計(jì)仍存在原理上的差[12]。

圖 1-2 均速管流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)包括靶片、靶桿、應(yīng)變片電橋，其測(cè)量流量的原理靶片時(shí)，使得與靶片連接的靶桿產(chǎn)生了形變，靶桿連接處的應(yīng)變片種形變轉(zhuǎn)化為相對(duì)的電壓。應(yīng)變片靶式流量計(jì)具有抗干擾性強(qiáng)，性試簡(jiǎn)單，可測(cè)量臟污流體，原油等，準(zhǔn)確度和量程比都可以做到流式流量計(jì)小，可適應(yīng)高壓高溫流體測(cè)量，使得應(yīng)變片靶式流量計(jì)展和使用前景。除此之外還有一種將作為敏感元件的傳感器轉(zhuǎn)換為容式靶式流量計(jì)，但是由于其大量程下非線性嚴(yán)重的固有缺點(diǎn)[16]。應(yīng)變片靶式流量計(jì)最主要的缺點(diǎn)是高流速下靶片后方產(chǎn)生的旋渦響較大，穩(wěn)定性受到嚴(yán)重的影響。界流流量計(jì)是由高功率氣泵、滯止容器、文丘里管、水環(huán)真空泵據(jù)采集處理系統(tǒng)組成的[17]。這種流量計(jì)的特點(diǎn)是只測(cè)量上游側(cè)的不受下游側(cè)流體參數(shù)的影響，也不受溫度、壓力等的環(huán)境影響，同重復(fù)性極高，測(cè)出的質(zhì)量流量與輸出信號(hào)為線性關(guān)系，而且不會(huì)因

計(jì)被分為機(jī)械式和電子式兩種。機(jī)械式渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器器組成，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)保存簡(jiǎn)單可靠，在計(jì)量天然氣時(shí)有很明是機(jī)械式渦輪流量計(jì)檢測(cè)方法繁瑣，標(biāo)定時(shí)間長(zhǎng)而廣受詬病[21]。電量計(jì)是國(guó)內(nèi)廠家高校研究的重點(diǎn)，由渦輪流量傳感器和流量積算器直接將傳感器檢測(cè)到的信號(hào)輸出為流量信號(hào)，智能型渦輪流量計(jì)可號(hào)并進(jìn)行補(bǔ)償，提高性能，但是對(duì)于一些特殊環(huán)境比如大噪聲、高干適用，很大程度上限制了電子式渦輪流量計(jì)的使用。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2840914