動量式流量計流場特性和測量性能的研究.pdf

1、流量是工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛測量的參數(shù)。在氣體流量測量方面，目前市面上的流量計有一個共同的缺點:不適宜測量含雜質(zhì)的氣體。工業(yè)用氣常含雜質(zhì)，由于粘結(jié)和堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生，傳統(tǒng)流量計和超聲波流量計無法對其進(jìn)行長期可靠測量。動量式流量計對以上介質(zhì)具有良好的適應(yīng)性，但目前鮮有涉及對動量式流量計的研究。
　　動量式流量計的測量精度取決于管道內(nèi)的流場特性以及測量性能。本文主要運用數(shù)值模擬的方法研究動量式流量計的流場特性，運用數(shù)據(jù)擬合的方法研究動量式流

2、量計的測量性能。
　　為了研究不同形狀受力元件對流場特性和測量性能的影響，選定了主體形狀為圓、正方形、橢圓、矩形四種易于相互比較的受力元件。在對流場特性和流態(tài)進(jìn)行合理預(yù)估的基礎(chǔ)上，采用合適的網(wǎng)格，并選擇適用于管內(nèi)流場的高雷諾數(shù)Standard k-ε湍流模型來計算。
　　在模型、網(wǎng)格、算法都確定之后，先對受力元件正放于圓管中心的基準(zhǔn)模型進(jìn)行模擬分析。在對阻力系數(shù)、壓力損失的分析過程中，提出了周長率、面圓度等幾何概念。通過這些

3、幾何概念的提出，今后在遇到其他形狀的受力元件時，可以在不做模擬和實驗的情況下，提前粗略判斷阻力系數(shù)和壓力損失的大小;同時，也為如何設(shè)計元件形狀來改變阻力系數(shù)和減少壓力損失提供了思路。在公式的書寫中，強調(diào)量綱一致，并引入范數(shù)符號保證量綱一致。在分析壓力損失時，根據(jù)不同元件局部損失系數(shù)的特點，提出了臨界速、穩(wěn)定損失系數(shù)等概念。總體上得到了橢圓、矩形這類細(xì)長的受力元件壓損較小的結(jié)論。
　　接著研究了動量式流量計的另一個重要方面，即測量公

4、式問題。為此，先提出測量的本質(zhì)原理，并探討了誤差關(guān)系;再研究并改進(jìn)了擬合方法，確定相對平方法為本課題最合適的擬合方法;然后根據(jù)元件阻力系數(shù)與流體流速關(guān)系的趨勢，選取了幾種合適的擬合模型并分析了優(yōu)劣，確定簡化分式擬合模型和最簡分式擬合模型為首選，在此過程中提出了最佳阻力系數(shù)常數(shù)和阻力系數(shù)穩(wěn)定值等概念;最后得出不同受力元件在正放時分別在不同擬合模型下的測量公式和誤差，其中各種分式擬合模型都能滿足精度要求。
　　全方位研究了不同受力元件

5、正放于管道中心的情形后，構(gòu)造了左偏（右偏類似）小角度、上移小距離兩種實際中容易引起的安裝誤差，新定義了偏移阻力系數(shù)，并與正放時的情形對比研究，得到了左偏和上移兩種情形對流場特性和測量性能的影響。其中左偏小角度時對阻力系數(shù)影響很小，幾乎可以忽略;而上移小距離使阻力系數(shù)明顯減小了，一方面受新定義的阻力系數(shù)的影響，另一方面是因為平均壓力差也減小。于是測量公式相應(yīng)做了更改，改變后仍然滿足精度要求。
　　隨后以其中一種受力元件為例，研究了存