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浮子流量传感器通用仿真平台设计及粘度影响研究

作　者: 郭小丽
导　师: 张涛
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 浮子流量传感器结构设计仿真通用平台粘度影响 CFD仿真等效模型
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

浮子流量计作为一种典型的变截面积流量计，具有结构简单、刻度直观、工作可靠性高、使用维护方便、压力损失小等优点，被广泛应用于工业流量测量领域中。研究介质粘度对浮子流量传感器测量影响的规律实现流量修正，设计有效的仿真平台实现传感器结构设计和优化等问题，一直是众多学者关注浮子流量传感器的重点。本文从这两个方面对浮子流量传感器进行了研究。在研究介质粘度对浮子流量传感器测量影响的规律中提出三种研究方法：其一，从工业应用角度出发，在可变粘度流量实验装置上进行了孔板浮子流量传感器变粘度实验研究，提出了粘度影响的实验研究方法——基于实验数据的多项式拟合密度粘度修正，给出了DN50孔板浮子流量传感器密度粘度修正的一般公式；其二，通过流体力学理论分析，建立了粘性流场中孔板浮子流量传感器的流量计算模型，提出了粘度影响研究的理论计算方法——基于相似模型等效法的粘性介质流量计算；其三，在验证CFD模型准确性的前提下，进行仿真研究，从流场角度研究孔板浮子流量传感器粘度影响机理。对比了孔板浮子流量传感器粘度影响研究的三种方法，给出了不同研究方法的适用条件。通过分析孔板浮子流量传感器工作原理，设计了基于CFD的孔板浮子流量传感器结构设计及仿真通用平台。在完成孔板浮子流量传感器大量的实流实验和2D仿真之后，确定了不同口径传感器的数值仿真模型。在此基础上，利用VisualBasic软件和Microsoft Access数据库，完成设计。该平台能实现现有传感器结构优化，设计全新流量范围的传感器结构。本文的研究方法，可拓展到其他类型流量计的研究工作中。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 浮子流量计的发展概况  7-8
  1.2 浮子流量传感器的研究现状  8-9
    1.2.1 浮子流量传感器结构设计现状  8
    1.2.2 流体粘度对浮子流量传感器测量精度影响的研究  8-9
    1.2.3 浮子流量传感器流场分析  9
  1.3 本论文的研究内容和创新点  9-11
    1.3.1 研究内容  9-10
    1.3.2 创新点  10-11
第二章孔板浮子流量传感器通用仿真平台  11-22
  2.1 孔板浮子流量传感器工作原理  11-13
  2.2 通用仿真平台的需求分析  13-14
  2.3 通用仿真平台的设计原理  14-16
    2.3.1 流量扩展原理  14-15
    2.3.2 坐标点建模  15-16
    2.3.3 JOU 复用  16
  2.4 通用仿真平台架构设计  16-17
  2.5 通用仿真平台的使用  17-20
    2.5.1 设计工程师用户  17-18
    2.5.2 仿真工程师用户  18-20
  2.6 举例  20-21
  2.7 小结  21-22
第三章孔板浮子流量传感器粘度影响实验研究  22-34
  3.1 流体的粘性  22
  3.2 实验介质的流体参数  22-24
    3.2.1 实验介质的粘度测定  22-23
    3.2.2 实验介质的流动参数  23-24
  3.3 实验装置介绍及实验步骤  24-26
    3.3.1 实验装置  24-26
    3.3.2 实验步骤  26
  3.4 基于实验数据的多项式拟合密度粘度修正  26-33
    3.4.1 机理分析  26-28
    3.4.2 孔板浮子流量计变粘度实验数据  28
    3.4.3 密度粘度修正的形式研究  28-31
    3.4.4 评价指标  31
    3.4.5 数据分析  31-33
  3.5 小结  33-34
第四章基于相似模型等效法的粘性介质流量计算  34-43
  4.1 浮子在粘性流场中受力分析  34-35
  4.2 粘性流场中浮子流量传感器的数学模型  35-40
    4.2.1 环隙处粘性摩擦力 F_(τ1)  35
    4.2.2 圆柱体所受粘性摩擦力 F_(τ2)  35-38
    4.2.3 浮子所受差压力 Fd的计算  38
    4.2.4 基于相似模型等效法的粘性介质流量计算模型  38-40
  4.3 运用粘性流场中浮子流量计的数学模型的流量计算  40-42
    4.3.1 总阻力系数 C_d的计算  40
    4.3.2 介质不同粘度下流量计算  40-42
  4.4 小结  42-43
第五章基于 CFD 的孔板浮子流量传感器粘度影响研究  43-56
  5.1 粘度影响仿真研究的描述  43-45
    5.1.1 浮子高度的确定  43
    5.1.2 雷诺数 Re 分布  43-45
  5.2 CFD 仿真模型的建立  45-48
    5.2.1 GAMBIT 建模  45-46
    5.2.2 湍流的选择  46-47
    5.2.3 FLUENT 中设置  47-48
  5.3 DN50 孔板浮子流量传感器仿真结果分析  48-55
    5.3.1 基于实验数据的数值仿真  48-54
    5.3.2 基于多项式拟合密度粘度修正的数值仿真  54-55
  5.4 小结  55-56
第六章孔板浮子流量传感器粘度影响研究三种方法对比  56-60
  6.1 原理对比  56-57
    6.1.1 基于实验数据的多项式拟合密度粘度修正  56
    6.1.2 基于相似模型等效法的粘性介质流量计算  56
    6.1.3 基于 CFD 的孔板浮子流量传感器粘度影响研究  56-57
  6.2 结果对比  57-59
    6.2.1 多项式拟合修正与相似模型等效的流量计算  57
    6.2.2 相似模型等效的流量计算与 CFD 粘度影响研究  57-59
  6.3 小结  59-60
第七章总结和展望  60-62
  7.1 总结  60-61
  7.2 展望  61-62
参考文献  62-65
发表论文与科研情况说明  65-66
致谢  66

浮子流量传感器通用仿真平台设计及粘度影响研究

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