影響水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置性能的關(guān)鍵問題研究.pdf

1、流量計量是計量科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，流量的準(zhǔn)確測量對提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，保障生產(chǎn)安全，改進操作工藝，改善生產(chǎn)條件及科學(xué)實驗等方面具有重要意義。作為流量單位量值統(tǒng)一與傳遞的標(biāo)準(zhǔn)，流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究、建立和應(yīng)用在國內(nèi)外引起普遍重視。在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中，水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的使用最為廣泛，很多流量計量的理論研究、原理實驗以及流量儀表的檢定都是在水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進行的。可見，水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置性能的好壞，對流量儀表計量的準(zhǔn)確性及流量量值的統(tǒng)一性將產(chǎn)生直

2、接影響，因此對影響水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置性能的關(guān)鍵問題展開研究十分必要。
　　從水力學(xué)角度來說，水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的性能主要受到穩(wěn)壓容器、閥門、彎管、及變徑管道等局部阻力件處水流特性的影響。因此本文在對這些影響水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置性能的水力學(xué)問題進行論述的基礎(chǔ)上，采用理論分析和數(shù)值模擬方法對穩(wěn)壓容器動態(tài)響應(yīng)及結(jié)構(gòu)特性、閥門關(guān)閉過程中產(chǎn)生的水擊現(xiàn)象及彎管內(nèi)流動特性等進行了研究，為水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計和運行提供了一定理論依據(jù)，具體有:
　　基于流

3、體網(wǎng)絡(luò)法建立了橫隔板式穩(wěn)壓容器的數(shù)學(xué)模型，并用matlab進行動態(tài)仿真，計算了不同工況下穩(wěn)壓容器的插入損失和傳遞損失，并以此二者為指標(biāo)對所設(shè)計的橫隔板式容器的穩(wěn)壓效果進行了評價。結(jié)果表明:橫隔板穩(wěn)壓容器對高頻壓力脈動的衰減效果較好;穩(wěn)壓容器內(nèi)氣體腔室體積的變化對穩(wěn)壓效果能夠產(chǎn)生影響，可以通過改變其工作體積，使穩(wěn)壓容器達(dá)到較好的衰減效果;穩(wěn)壓容器的安裝位置對穩(wěn)壓效果也會產(chǎn)生影響。
　　采用CFD數(shù)值計算方法對豎隔板式穩(wěn)壓容器的結(jié)構(gòu)特

4、性進行了研究。為實現(xiàn)瞬態(tài)工況下穩(wěn)壓容器內(nèi)脈動流場的準(zhǔn)確模擬，建立了包含穩(wěn)壓容器、管路和水箱的整體流道模型，使用用戶自定義程序UDF(UserDefinedFunctions)編寫了入口流量脈動信號，并采用VOF多相流模型對氣液界面進行跟蹤，計算得到了不同工況下穩(wěn)壓容器出口處的流量波動系數(shù)。進而以其作為評價標(biāo)準(zhǔn)，分析了脈動頻率、初始水位高度和隔板結(jié)構(gòu)等對流量穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，豎隔板式穩(wěn)壓容器對高頻壓力脈動有較好的衰減效果，當(dāng)頻率低于

5、10Hz時，脈動衰減率急劇下降;初始水位高度存在最佳值，以氣、水容積比值在0.5左右時穩(wěn)壓效果最好;隔板位置以位于容器前部1/3處為佳，隔板高度在不影響氣相空間的前提上可取最高值。隔板上開孔位置以隔板中上部為宜。隔板圓孔區(qū)應(yīng)保證一定的流通面積，在進水腔和出水腔液位差較小的前提下，盡量減小圓孔的直徑，以增加對流量脈動的吸收和緩沖作用。
　　采用滑移網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)了球閥的動態(tài)關(guān)閉過程，并用UDF控制閥門轉(zhuǎn)動速度，對簡單直管道內(nèi)由關(guān)閥引起

6、的水擊現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬研究。計算得到了水為常密度、變密度（壓強的函數(shù)）和氣液兩相混合密度（空化模型）三種情況下閥前壓強隨時間的變化關(guān)系曲線，并與實驗曲線和特征線法計算結(jié)果曲線進行了比較。結(jié)果表明，變密度情況下的計算結(jié)果與實驗值更為接近，說明在考慮水的可壓縮性的情況下對閥門完全關(guān)閉情況下的水擊現(xiàn)象進行模擬是可行的。在此基礎(chǔ)上，模擬計算了不同關(guān)閥時間和關(guān)閥方式下的水擊壓強隨時間的變化關(guān)系，結(jié)果表明，增大關(guān)閥時間能夠減小水擊壓強，但大于某個