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气动量仪的参数优化设计

作　者: 倪勇
导　师: 张辉
学　校: 合肥工业大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 气动测量喷嘴挡板 FLUENT 参数优化
分类号: TH863
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 95次
引　用: 6次
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内容摘要

气动测量系统以其测量精度高、测量力小,对被测工件有自洁作用、测量精度保持性好、抗干扰能力强等优点而被广泛应用于零件检测。但是由于喷嘴尺寸较小,且基于此小尺寸的空气射流情况复杂,背压差压式气动测量中主、测喷嘴孔径等参数的配比选择一直是个难点问题。而主、测喷嘴的孔径配比又对测量的量程和灵敏度有巨大影响,因此优化气动测量中的主、测喷嘴孔径等参数对于气动测量来说意义重大。过去的通常做法是通过大批量加工和实验的方法加以确定。本文在充分研究气动测量和空气动力学的理论基础上,尝试建立三维模型,并通过FLUENT流体仿真软件对气动测量装置的气路结构及喷嘴进行了仿真计算。通过可视化仿真结果显示了气动测量装置工作过程中空气流动变化状态,验证了实验装置的可行性,并通过对模型参数的调整,重复仿真获得不同主、测喷嘴的孔径配比的结果,进而根据结果找到其规律,优化参数设计。根据需要,设计了实验装置和实验方法,加工相应尺寸主、测喷嘴。通过大量实验,验证了仿真计算结果的正确性。证明通过对主、测喷嘴孔径参数的优化改善了气动测量装置,特别是喷嘴挡板机构的性能。该方法提高了气动测量参数选择的效率,同时,气路的仿真结果对后续气动测量装置的设计工作具有借鉴意义。本文研究的课题由国防军工计量“十五”计划重点项目“球径球度高准确度测量技术研究”支持。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-16
第一章绪论  16-20
  1.1 课题来源及研究意义  16-17
    1.1.1 课题来源  16
    1.1.2 技术指标  16
    1.1.3 课题研究内容及意义  16-17
  1.2 国内外研究现状  17-18
  1.3 课题研究方法  18-19
    1.3.1 气动测量参数优化设计机理研究  18
    1.3.2 气动测量测试系统机构的研究  18-19
  1.4 气动测量的特点  19-20
第二章气动测量的基本原理  20-26
  2.1 压力式气动测量的基本原理  20-23
    2.1.1 气动测量分类  20
    2.1.2 背压式气动测量基本原理  20-22
    2.1.3 差压式气动测量基本原理  22-23
  2.2 气动测量的流体动力学基础  23-26
    2.2.1 连续性方程和流量不变方程  23-24
    2.2.2 音速与马赫数  24-25
    2.2.3 层流与湍流  25-26
第三章气动测量参数设计  26-38
  3.1 气动测量气路工况计算  26-30
    3.1.1 工况Ⅰ  27-29
    3.1.2 工况Ⅱ  29
    3.1.3 工况 III  29-30
    3.1.4 工况Ⅳ  30
  3.2 喷嘴挡板机构计算  30-34
    3.2.1 喷嘴挡板机构的形成  30-31
    3.2.2 平行喷嘴挡板机构的特性  31-34
  3.3 气动测量气路参数设计  34-38
    3.3.1 喷嘴内径的选择  34
    3.3.2 喷嘴长度的选择  34
    3.3.3 喷嘴外径的选择  34-35
    3.3.4 喷嘴参数的选择  35-38
第四章流体软件仿真与参数优化设计  38-55
  4.1 FLUENT 软件介绍  38-39
    4.1.1 软件组成  38
    4.1.2 软件协同关系及操作流程  38-39
  4.2 FLUENT 仿真计算  39-46
    4.2.1 模型建立与网格划分  39-43
    4.2.2 条件设置与仿真运算  43-46
  4.3 计算结果与参数优化设计  46-55
    4.3.1 静压图  46-47
    4.3.2 总压图  47-49
    4.3.3 速度场  49-50
    4.3.4 流场图  50-52
    4.3.5 仿真结果总结  52-55
第五章实验验证  55-71
  5.1 实验装置与方法  55-57
    5.1.1 总体实验装置  55
    5.1.2 喷嘴挡板实验装置  55-56
    5.1.3 实验方法  56-57
  5.2 软件设计  57-59
    5.2.1 压力采集程序  57-59
    5.2.2 数据拟合程序  59
  5.3 数据处理  59-64
    5.3.1 核成分分析应用于特征抽取  59-61
    5.3.2 含有核回归模型的反馈神经网络  61-63
    5.3.3 传感器输出校正处理  63-64
  5.4 实验结果及结论  64-67
    5.4.1 主喷嘴与测量喷嘴尺寸相同情况  64-65
    5.4.2 主喷嘴与测量喷嘴尺寸不相同情况  65-67
    5.4.3 结论  67
  5.5 误差分析  67-71
    5.5.1 气源压力波动引起的误差  67-68
    5.5.2 仪器测量方程的非线性误差  68-69
    5.5.3 测量温度误差  69
    5.5.4 电气误差  69-70
    5.5.5 结果总误差  70-71
第六章研究应用与研究展望  71-73
  6.1 研究应用  71
  6.2 研究展望  71-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文  76-77

气动量仪的参数优化设计

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