超聲波熱量表內(nèi)流場特性研究.pdf

1、超聲波熱量表是目前家庭供暖系統(tǒng)中常用的計量熱量消耗的儀表，本文主要研究基表內(nèi)流場的流動特性，采用方法包括數(shù)值模擬、實驗校驗及PIV實驗觀察等手段。首先針對兩種不同的表體構(gòu)型，結(jié)合試驗校驗的結(jié)果，通過數(shù)值模擬(CFD)初步得到基表內(nèi)流場特點及影響其測量精度的一系列參數(shù)，包括入口反射鏡形狀、雷諾數(shù)、測量管長徑比等參數(shù);接著通過PIV實驗，對流動細節(jié)有進一步的了解，以考察熱量表本身的適應(yīng)性以及與測量精度密切相關(guān)的流動機理。具體開展的工作主要包

2、括:
　　根據(jù)超聲波流量計的測量原理，確定沿兩塊反射板之間中心線上的速度積分，是影響其測量準(zhǔn)確性的重要參數(shù)，而速度積分的大小及分布規(guī)律與內(nèi)流場的流動特性密不可分，其中流動大致經(jīng)歷了三個階段:1、流動經(jīng)過前端第一個反射裝置的繞流后形成兩股射流，同時在反射鏡背面形成一段流動“靜水區(qū)”，其中射流的方向及強度、“靜水區(qū)”面積的大小和穩(wěn)定性受入口形態(tài)影響。2、兩股射流在測量管前端處匯合，此時中間部分流速較快，流動介質(zhì)在相對狹小的空間（測量管

3、內(nèi)）通過不斷的能量交換后，流動逐漸趨于穩(wěn)定。3、經(jīng)過一段時間發(fā)展后的管流流動，流經(jīng)第二個反射裝置后再次形成兩條射流流出測量管。綜合比較兩款不同熱量表的流場特性及實際測量準(zhǔn)確度，得出影響其測量的參數(shù)主要包括:反射鏡的形狀及大小、測量管的長徑比及流動的雷諾數(shù)等。基于以上這些考慮因素，提出了一套改進優(yōu)化方案，主要是，1、在入口前端安裝一個喉道結(jié)構(gòu)，以起到整流效果;2、采用立柱型反射鏡，并在工藝上盡量制作圓滑，避免尖銳部件產(chǎn)生流動分離;3、測量

4、管前端增加喇叭口狀的導(dǎo)流構(gòu)型，使流動盡量平順過渡;4、增大測量管的長徑比，使流動盡快發(fā)展到穩(wěn)定狀態(tài)。改進后的熱量表模型性能明顯改善，達到預(yù)期目的。
　　采用PIV(Particle Image Velocimetry)測量手段，進一步考察了熱量表的流動特性。首先針對前端安裝直管段時，不同流量條件下的流場特性建立基本認識。實驗結(jié)果表明，在低流量條件下，流場存在明顯的不穩(wěn)定演變和非定常流動特征。進一步針對實際中常遇到的前端安裝球閥的工