本文關(guān)鍵詞：孔板流量測量裝置異變流場在線診斷與修正

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【摘要】：孔板流量測量裝置在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛,然而在實際使用中,常常發(fā)生入口直角邊緣磨損和上游淤積這兩種典型的故障工況,造成流出系數(shù)改變,令測量值不準(zhǔn)確。為解決這一實際問題,本文完成了孔板故障在線診斷與修正工作。因故障工況與正常工況相比較,流場發(fā)生了異變。首先對孔板Fluent仿真模型的建立方法,Gambit網(wǎng)格劃分與優(yōu)化方案,進行了研究。然后,對孔板下游流場的后臺階旋渦進行了定量分析,確定回流區(qū)具有穩(wěn)定性,并得出相關(guān)的計算數(shù)據(jù)。通過Fluent仿真與實流實驗相結(jié)合的研究方法,定義了差壓比值因子,指出了診斷測壓點的意義,提出了“異變流場差壓診斷法”,對孔板正常工況的流場、兩種常見故障工況的異變流場,進行了旋渦穩(wěn)定性研究、診斷測壓點位置選取,差壓比值因子的穩(wěn)定性、分辨率和變化趨勢的研究。從而在線地用差壓比值因子來判斷故障的種類,計算故障程度以及修正流量測量值。通過旋渦穩(wěn)定性的分析,給出了不同β值的孔板診斷測壓點優(yōu)化選取的要求,對診斷算法進行了實流實驗驗證,算法的精確度在1.0%之內(nèi)。在孔板的流體測量中,為了使含有固相顆粒工況,也包括氣固兩相流的孔板測量,為更準(zhǔn)確地避免顆粒物沉降淤積,對通用多相流DPM模型進行了優(yōu)化研究,指出通用模型改進優(yōu)化的四項措施,即從氣相速度入口模型,顆粒阻力模型,顆粒壁面碰撞模型,顆粒所受各個力的合理取舍四個方面進行優(yōu)化。通過調(diào)用Fluent宏命令并編制相關(guān)程序,導(dǎo)入自定義UDF功能模塊,嵌入到Fluent仿真中實現(xiàn)改進與優(yōu)化。實驗已經(jīng)驗證優(yōu)化DPM模型的準(zhǔn)確性明顯優(yōu)于通用DPM模型,仿真模擬與實流實驗的對比,多方面證明優(yōu)化是成功的。模型優(yōu)化的方法具有通用性,優(yōu)化策略也適用于液固兩相流工況。通過仿真計算,探討了幾種孔板結(jié)構(gòu)改進的措施,通過對幾種具有圓弧形和斜坡形過渡區(qū)的孔板的仿真比較研究,得出改進后的孔板的流出系數(shù)有所提高,降低了壓力損失,并且在改進后,發(fā)生磨損、淤積等故障的可能性降低了。
【關(guān)鍵詞】：異變流場 故障在線診斷 差壓比值因子 診斷測壓點 孔板入口磨損 孔板上游淤積 后臺階流動
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH814
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 孔板流量計概述10
• 1.2 孔板流量測量系統(tǒng)研究的發(fā)展、現(xiàn)狀及問題10-16
• 1.2.1 孔板流量測量系統(tǒng)研究的發(fā)展與現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 孔板直角邊緣磨損的分析與研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 孔板上游淤積的分析與研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 CFD應(yīng)用于孔板流場的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 課題的提出與內(nèi)容及創(chuàng)新點19-24
• 1.4.1 課題提出的目的與意義19-21
• 1.4.2 研究內(nèi)容與章節(jié)安排21-22
• 1.4.3 課題的創(chuàng)新點22-24
• 第二章 孔板流場的仿真計算與網(wǎng)格劃分24-34
• 2.1 孔板仿真的物理模型24-29
• 2.1.1 孔板測量原理24-26
• 2.1.2 孔板裝置及管道的Gambit網(wǎng)格劃分26-27
• 2.1.3 CFD模型中網(wǎng)格無關(guān)性驗證27-29
• 2.2 網(wǎng)格優(yōu)化措施及結(jié)果29-33
• 2.2.1 網(wǎng)格自適應(yīng)功能29-31
• 2.2.2 網(wǎng)格轉(zhuǎn)化功能31-32
• 2.2.3 網(wǎng)格優(yōu)化結(jié)果討論32
• 2.2.4 測壓方式結(jié)果簡要討論32-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第三章 孔板流場的仿真研究34-43
• 3.1 孔板流場的穩(wěn)定性34-38
• 3.1.1 孔板下游旋渦描述34-35
• 3.1.2 孔板下游旋渦的時間穩(wěn)定性35-36
• 3.1.3 孔板下游旋渦的空間穩(wěn)定性36-38
• 3.2 孔板流場中差壓比值因子的定義38-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第四章 異變流場的仿真研究43-59
• 4.1 孔板磨損異變流場的研究43-50
• 4.1.1 孔板磨損后的仿真說明43-44
• 4.1.2 磨損異變流場的旋渦穩(wěn)定性44-45
• 4.1.3 磨損異變流場差壓比值因子的穩(wěn)定性45-47
• 4.1.4 磨損異變流場差壓比值因子的變化趨勢分析47-50
• 4.2 孔板淤積異變流場的研究50-58
• 4.2.1 孔板淤積的描述與仿真模型50-52
• 4.2.2 孔板淤積異變流場旋渦的空間穩(wěn)定性52-54
• 4.2.3 孔板淤積異變流場差壓比值因子的穩(wěn)定性54-55
• 4.2.4 孔板淤積下的差壓比值因子變化趨勢分析55-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 第五章 孔板故障診斷與測量值修正的實現(xiàn)59-75
• 5.1 基于異變流場的故障在線判斷與修正59-64
• 5.1.1 故障在線判斷與診斷修正方法59-60
• 5.1.2 診斷測壓點位置的優(yōu)化選取60-64
• 5.2 磨損后孔板修正及診斷算法64-68
• 5.2.1 國標(biāo)中磨損孔板修正方法64-65
• 5.2.2 磨損的異變流場診斷算法65-66
• 5.2.3 水裝置實流實驗驗證66-68
• 5.3 標(biāo)準(zhǔn)孔板淤積的故障診斷68-74
• 5.3.1 孔板上游淤積對測量的影響69-71
• 5.3.2 淤積的異變流場在線診斷算法71-73
• 5.3.3 算法的實流實驗驗證73-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 基于顆粒運動的兩相流仿真優(yōu)化75-95
• 6.1 孔板兩相流仿真優(yōu)化的目的75-77
• 6.2 氣固兩相流建模仿真與算法原理77-81
• 6.2.1 氣相模型概述77-79
• 6.2.2 固體顆粒在氣相流場中的受力分析79-80
• 6.2.3 通用DPM模型仿真計算方法80-81
• 6.3 通用DPM模型的分析與優(yōu)化策略81-84
• 6.3.1 顆粒所受各個力的量級與取舍81-82
• 6.3.2 仿真模型氣相速度入口選擇82-83
• 6.3.3 顆粒阻力模型的選擇83-84
• 6.3.4 壁面碰撞模型的偏差與改進84
• 6.4 通過UDF實現(xiàn)DPM模型的優(yōu)化84-85
• 6.5 模型優(yōu)化前后仿真對比與實驗驗證85-94
• 6.5.1 實驗裝置介紹85-86
• 6.5.2 兩相流流型與顆粒軌跡驗證86-89
• 6.5.3 孔板阻力損失的驗證89-91
• 6.5.4 孔板上游固相顆粒速度分布驗證91-94
• 6.6 本章小結(jié)94-95
• 第七章 孔板結(jié)構(gòu)優(yōu)化95-100
• 7.1 孔板結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義95
• 7.2 孔板流出系數(shù)影響因素95-97
• 7.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案與仿真分析97-99
• 7.4 本章小結(jié)99-100
• 第八章 總結(jié)與展望100-102
• 8.1 總結(jié)100-101
• 8.2 展望101-102
• 參考文獻102-110
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明110-111
• 致謝111-112

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本文編號：938360