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内锥流量计可膨胀系数与湿气测量特性的数值研究

作　者: 吴经纬
导　师: 徐英
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 内锥流量计可膨胀系数两相流测量湿气测量虚高离散相模型数值模拟
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

内锥流量计是一种新型的差压式流量计,具有可靠性高、压力损失小、量程比宽、精度高等优点。由于诞生时间较晚,对它的研究工作还很不充分。可膨胀系数是内锥流量计的重要参数之一。研究内锥流量计的可膨胀系数变化规律,探寻可膨胀系数的计算方法具有重要意义。湿气是多相流动的一种特殊形态。湿气测量是多相流量测量的一个重要分支,有较长的研究历史,然而由于气液两相流动机理的复杂性,仍有大量问题尚未解决。内锥流量计虽然在单相流量测量中取得了较好效果,但在湿气测量领域的研究工作还不多见。本文旨在研究低压工况下内锥流量计的湿气测量虚高特性,为该流量计在湿气测量中的应用提供理论与实验支持。本论文主要完成以下工作:1.用理论分析的方法给出了内锥流量计可膨胀系数的拟合方案。2.提出了内锥流量计可膨胀系数的数值仿真预测方法。进行了内锥流量计可膨胀系数的仿真计算。仿真与实验结果的比较表明,采用数值计算获得的内锥流量计可膨胀系数拟合公式的预测结果与实验值的平均满度误差小于2.5%,最大满度误差为5.42%,具有较高的预测精度。利用数值仿真方法得到了内锥流量计内部流场参数分布,解释了理论公式在内锥流量计直径比小时对可膨胀系数预测精度较差,在直径比大时预测精度较好这种现象的内在机理。3.利用两相分相流动的动量方程推导出内锥流量计在湿气测量中收缩段的摩阻压力降与加速压力降的理论公式;并建立了内锥流量计湿气虚高值的理论模型。4.根据实验数据,建立了低压工况下内锥流量计湿气虚高修正模型,经实验验证,该模型最大相对误差小于6%;平均相对误差小于2.5%,表明低压工况下内锥流量计湿气虚高值有较好的预测效果。5.建立了数值仿真方法预测内锥流量计湿气虚高值的方案。深入研究了离散相模型中各参数的设置依据与方法,制定了数值仿真的具体方案与步骤,利用FLUENT软件完成了与物理实验等量的湿气仿真研究工作。同时将仿真与实验的结果进行了比较。在对直径比为0.65、0.75的内锥流量计的湿气模拟计算中,预测结果的最大相对误差小于5%,平均值小于2.7%,直径比0.55的结果最大相对误差为9%,平均值小于2.4%。表明针对0.65、0.75、0.55这三种结构的仿真方案具有一定的应用价值;直径比0.45的结果偏差较大,最大误差约为17%,平均值小于3.7%。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-23
  1.1 内锥流量计的研究与发展现状  11-18
  1.2 计算流体力学概述  18-20
    1.2.1 计算流体力学的发展及其应用  18-19
    1.2.2 计算流体力学在差压式流量计研究中的应用  19-20
  1.3 论文的研究内容  20-23
    1.3.1 研究目的  20-21
    1.3.2 研究内容  21-22
    1.3.3 创新点  22-23
第二章内锥流量计的测量模型  23-28
  2.1 内锥流量计的测量模型  23-26
  2.2 对流出系数和可膨胀系数的讨论  26-27
  2.3 小结  27-28
第三章内锥流量计流场数值模拟基础  28-35
  3.1 商用CFD 软件FLUENT 介绍  28-29
  3.2 湍流模式理论  29-30
  3.3 湍流模型的选择及基本控制方程  30-35
第四章内锥流量计可膨胀系数的研究  35-62
  4.1 可膨胀系数计算公式的拟合方案  36-38
  4.2 内锥流量计可膨胀系数的仿真方法  38-46
    4.2.1 内锥流量计的计算模型与网格划分  38-40
    4.2.2 边界条件的设置  40-42
    4.2.3 求解控制参数的设置  42-44
    4.2.4 计算结果的获取  44-46
  4.3 仿真结果与分析  46-61
    4.3.1 仿真结果与实验结果的比较  46-55
    4.3.2 仿真流场分析  55-61
  4.4 小结  61-62
第五章湿气测量综述  62-87
  5.1 两相流动的一般概念  62-64
  5.2 湿气的定义与特点  64-65
  5.3 湿气的特性参数  65-69
  5.4 湿气测量的发展与现状  69-76
    5.4.1 测量手段  69-72
    5.4.2 差压式流量计湿气测量研究的发展  72-74
    5.4.3 差压式传感器在湿气流量计中的应用  74-76
  5.5 湿气测量中的虚高理论  76-79
  5.6 差压式流量计湿气测量模型概述  79-87
第六章内锥流量计分相气液两相压力降的理论推导与分析  87-97
  6.1 气液两相流动的基本方程  87-89
  6.2 分相湿气测量模型的推导  89-97
第七章内锥流量计湿气测量的特性研究  97-136
  7.1 计算模型的选择  97-99
  7.2 内锥流量计的湿气仿真方法  99-106
    7.2.1 离散相处理方式设置  99-101
    7.2.2 离散相颗粒属性的设置  101-104
    7.2.3 离散相边界条件的设置  104-105
    7.2.4 离散相仿真步骤  105-106
  7.3 实验装置与实验方法  106-108
    7.3.1 实验装置  106-108
    7.3.2 实验方法  108
  7.4 数据分析  108-134
    7.4.1 实验数据分析  109-114
    7.4.2 经典湿气修正模型预测能力的比较  114-120
    7.4.3 内锥流量计湿气模型的建立与讨论  120-126
    7.4.4 仿真数据分析  126-134
  7.5 小结  134-136
第八章总结与建议  136-138
  8.1 总结  136-137
  8.2 建议  137-138
参考文献  138-146
附录符号表  146-148
发表论文和参加科研情况说明  148-149
致谢  149

内锥流量计可膨胀系数与湿气测量特性的数值研究

内容摘要

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