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pVTt法气体流量标准装置关键技术的研究

作　者: 白瑞琴
导　师: 李东升; 程佳
学　校: 中国计量学院
专　业: 精密仪器及机械
关键词: pVTt法装置强制对流温度场仿真测温点布置
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

pVTt法气体流量标准装置是间接测量质量流量的一种原级气体流量标准装置，其主要用途是对临界流喷嘴进行量值传递。目前国内建立的pVTt法装置数量很少，且检定效率普遍偏低。本文设计完成一套常压进气式pVTt法气体流量标准装置，流量范围为0.016-1024m~3/h，装置可高效完成音速喷嘴以及标准表的检定。首先，根据pVTt原理以及技术要求进行装置整体方案设计。多个标准容器并联扩展了装置流量范围；配备缓冲容器使流量恒定；26m3和6m3容器内安装风扇及气体流道，0.5m3、0.05m3和0.01m3容器进行水浴恒温。其次，装置三维机械结构设计，包括风机恒温结构、水浴恒温结构、可互换安装的音速喷嘴和标准表检定管线。设计并验证标准容器结构的安全合理性。再次，标准容器温度场数值模拟运算。分别建立容器在自然环境与恒温环境下的三维仿真模型，利用FLUENT软件依次计算进气过程与均匀过程容器温度场时变特性。仿真结果显示，恒温措施可大大缩短检表过程中的等待时间，风机搅拌使得26m3容器温度场进入稳态的时间较自然环境下提前53.3%，水浴恒温使得0.5m3容器稳态进程提前54%。恒温措施改善了稳态温度场分布，水浴恒温下的稳态温度场沿轴向对称分布且最大温差仅为0.01℃，风机恒温措施消除了自然环境下严重的稳态温度梯度。接着，参考仿真结果并结合等体积法思想完成标准容器内测温点布置。最后，对装置的质量流量进行修正，对装置质量流量测量不确定度进行分析与合成。pVTt法气体流量标准装置的不确定度优于0.05%（k=2）。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目次  9-12
图清单  12-13
表清单  13-15
1 绪论  15-22
  1.1 研究 pVTt 法气体流量标准装置的意义  15
  1.2 气体流量标准装置研究现状  15-20
    1.2.1 钟罩式气体流量标准装置现状  15-16
    1.2.2 mt 法气体流量标准装置现状  16
    1.2.3 pVTt 法气体流量标准装置现状  16-18
    1.2.4 pVTt 法关键技术现状  18-20
  1.3 本论文主要研究内容  20-22
2 pVTt 法气体流量标准装置的设计  22-37
  2.1 pVTt 法装置的方案设计  22-25
    2.1.1 pVTt 法装置的技术要求  22-23
    2.1.2 pVTt 法装置的方案设计  23-25
  2.2 标准容器设计  25-30
    2.2.1 标准容器配置  25-26
    2.2.2 标准容器设计  26-30
  2.3 标准容器恒温方案设计  30-34
    2.3.1 风机恒温方案设计  30-33
    2.3.2 水浴恒温方案设计  33-34
  2.4 检测台位设计  34-36
    2.4.1 音速喷嘴检测台位设计  34-35
    2.4.2 标准表检测台位设计  35-36
  2.5 本章小结  36-37
3 pVTt 法装置标准容器温度场仿真  37-52
  3.1 标准容器温度场数学模型  37-39
    3.1.1 进气过程数学模型  37-38
    3.1.2 恒温过程数学模型  38-39
  3.2 水浴恒温式温度场仿真  39-44
    3.2.1 物理模型与 GAMBIT 模型  40-41
    3.2.2 仿真参数设置  41
    3.2.3 FLUENT 仿真与分析  41-44
  3.3 风机恒温式温度场仿真  44-50
    3.3.1 实物模型与网格划分  45
    3.3.2 FLUENT 仿真模型  45-46
    3.3.3 计算结果分析  46-50
  3.4 本章小结  50-52
4 标准容器测温点布置  52-65
  4.1 等体积法测温点布置方法  52-56
    4.1.1 测温点布置原则  52
    4.1.2 等体积法测点布置  52-56
  4.2 风机恒温式标准容器测温点布置  56-60
    4.2.1 26 m3标准容器测温点布置  56-59
    4.2.2 6 m3标准容器测温点布置  59-60
  4.3 水浴恒温式标准容器测温点布置  60-64
    4.3.1 0.5 m3标准容器测温点布置  60-62
    4.3.2 0.05 m3标准容器测温点布置  62-63
    4.3.3 0.01 m3标准容器测温点布置  63-64
  4.4 本章小结  64-65
5 pVTt 法装置不确定度分析  65-80
  5.1 质量流量修正  65-70
    5.1.1 容积修正  65-68
    5.1.2 质量修正  68-69
    5.1.3 时间修正  69-70
    5.1.4 湿度修正  70
  5.2 标准容器容积的不确定度分析  70-75
    5.2.1 氮气标定法标准容器的不确定度分析  71-75
    5.2.2 水标定法标准容器的不确定度分析  75
  5.3 装置的测量不确定度分析  75-79
    5.3.1 装置的测量不确定度数学模型  75-76
    5.3.2 装置的测量不确定度分析  76-79
  5.4 本章小结  79-80
6 总结与展望  80-82
  6.1 全文总结  80
  6.2 本论文创新点  80-81
  6.3 研究展望  81-82
参考文献  82-85
作者简介  85

pVTt法气体流量标准装置关键技术的研究

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