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浮子流量传感器的特性研究和结构优化

作　者: 叶佳敏
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优化非线性流场数值仿真浮子振动流体粘度变化
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

浮子流量计是一种传统的变截面流量计,具有结构简单、工作可靠、压力损失小且稳定、可测低流速介质等诸多优点,广泛应用于测量高温、高压及腐蚀性流体介质。但是目前在浮子流量计中仍然存在着诸多尚待解决的问题,浮子流量传感器输出非线性、仿真平台不完善、水平式浮子流量计在大流量下浮子出现振动以及浮子流量传感器受被测介质粘度变化影响都是影响浮子流量计测量精度的重要问题。所以,对浮子流量传感器的特性研究和结构优化有很重要的意义。首先通过对浮子流量计流量计量方程的研究,指出在目前流行的短管型浮子流量计中浮子位移和流量之间存在明显的非线性关系;并且通过对浮子流量传感器测量机理的进一步研究,发现在短管条件下浮子行程(锥管的锥角)的改变对流量传感器浮子位移与流量之间的线性关系有重要的影响;研究了浮子行程与非线性间的内在规律,并对它们之间的关系进行了定量分析,为解决浮子流量传感器中存在的非线性问题提供了一个新的研究方法。其次对商用计算流体力学(CFD)软件包FLUENT以及用户自定义函数(UDF)做了简单的介绍,利用FLUENT对垂直式浮子流量传感器进行二维以及三维流场仿真,分析了有无前直管段、入口条件以及浮子旋转对仿真结果的影响,完善了仿真平台。然后对水平式浮子流量传感器进行三维流场仿真。通过分析仿真结果,对水平式金属管浮子流量传感器的结构提出了几种优化方案,解决了水平式浮子流量传感器中大流量下浮子振动的问题,为水平式浮子流量传感器的研究与设计奠定了基础。最后对多粘度试验装置及试验方案进行了介绍,研究设计了三种新型的浮子,同时借鉴苏锋论文中提到的三种减粘浮子,对包括现在应用广泛的CF型、DF型浮子在内的不同材料的十种浮子流量传感器进行粘度介质流量试验研究,配制了动力粘度分别为31m Pa?s, 65 mPa?s, 85 mPa?s的三种甲基纤维素水溶液作为试验介质,物理试验结果给出了不同形状浮子的粘性特性,并定量分析了它们的粘度适应能力。ACF型浮子呈现出了特殊的性能,随着溶液粘度的增加,其流量值有增加的趋势,VCF型、DFL型、CFC(钢制)型浮子具有较好的粘度适应能力。该研究为在测量中低粘度溶液中浮子流量传感器的选型提供参考依据,弥补了在中低粘度流体介质上试验的空白。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-14
  1.1 浮子流量计的发展概况  7-8
  1.2 浮子流量传感器研究现状  8-11
    1.2.1 浮子流量传感器设计  8
    1.2.2 浮子流量传感器内部流场分析  8-9
    1.2.3 浮子流量传感器非线性的问题  9
    1.2.4 粘度变化对浮子流量传感器特性的影响  9-11
  1.3 本论文的研究内容  11-14
    1.3.1 研究目的  11-12
    1.3.2 研究内容  12
    1.3.3 创新点  12
    1.3.4 章节结构  12-14
第二章浮子流量传感器的非线性研究  14-26
  2.1 浮子流量计流量计量原理  14-17
  2.2 浮子流量传感器非线性问题发展概况  17-19
    2.2.1 现有的浮子流量传感器非线性问题解决方案  17-18
    2.2.2 对浮子流量传感器非线性问题的思考  18-19
  2.3 浮子流量传感器非线性问题的研究  19-25
    2.3.1 研究对象  19
    2.3.2 研究方法  19-20
    2.3.3 浮子流量传感器非线性问题的理论分析  20-22
    2.3.4 浮子流量传感器非线性问题的实验研究  22-25
  2.4 小结  25-26
第三章垂直式浮子流量传感器的仿真研究  26-46
  3.1 商用CFD 软件包FLUENT 简介  26-27
  3.2 模型有无前直管段对仿真结果的影响  27-32
    3.2.1 二维流场仿真模型建立  27-28
    3.2.2 仿真计算条件  28
    3.2.3 仿真结果分析  28-32
  3.3 不同入口条件对仿真结果的影响  32-43
    3.3.1 应用UDF 表示流量传感器入口速度剖面的研究  32-34
    3.3.2 垂直式浮子流量传感器三维流场模型建立  34-35
    3.3.3 用户自定义函数简介  35-38
    3.3.4 仿真结果分析  38-43
  3.4 浮子旋转对仿真结果的影响  43-45
  3.5 小结  45-46
第四章水平式浮子流量传感器的仿真与实验研究  46-56
  4.1 研究对象  46-47
  4.2 DN50 水平式金属管浮子流量传感器的数值仿真  47-51
    4.2.1 模型建立  47-48
    4.2.2 仿真计算条件  48
    4.2.3 仿真结果及实验结果分析  48-51
  4.3 DN80 水平式浮子流量传感器结构的优化及改进结构后的仿真  51-55
  4.4 小结  55-56
第五章浮子流量传感器的粘度试验  56-82
  5.1 试验用浮子流量传感器的设计  56-59
  5.2 试验装置  59-61
    5.2.1 水流量试验装置  59-60
    5.2.2 甲基纤维素水溶液试验装置  60-61
  5.3 试验方案  61-63
    5.3.1 试验方法  61
    5.3.2 试验数据分析方法  61-63
  5.4 试验结果与分析  63-80
    5.4.1 不同类型的浮子其流量和浮子高度曲线分析  63-66
    5.4.2 不同类型的浮子粘度影响率的试验研究  66-74
    5.4.3 不同类型的浮子粘度影响修正曲线  74-78
    5.4.4 ACF、VCF、DFL、CFC（钢制）型浮子基本性能分析  78-80
  5.5 小结  80-82
第六章总结与建议  82-84
  6.1 总结  82
  6.2 建议  82-84
参考文献  84-87
发表论文和科研情况说明  87-88
致谢  88

浮子流量传感器的特性研究和结构优化

内容摘要

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