小流量射流流量计的数值模拟与设计

摘要

流量是工业生产过程中的重要参数，流量计广泛应用于人类生产和生活中。随着社会工业的迅速发展，各种复杂工况的出现对流量计提出了新的要求。相比于其他流量计，射流流量计的突出优点表现在测量下限极低，能够较好地解决小流量测量问题，且不受恶劣环境影响，具有极大的应用价值。
　　然而，在工程实际应用中，现有的射流流量计的测量下限比理论值高得多，且缺乏完整的结构参数设计和性能优化设计准则的指导，在一定程度上限制了其应用范围。为此，本文以气体小流量射流振荡器为研究对象，采用理论研究，仿真分析及实验验证相结合的方法，以探索利用射流技术测量流量的原理和基本规律，研制出一种适用于测量气体小流量的射流流量计。主要完成的工作如下:
　　(1)对射流附壁机理进行了深入研究，采用数值计算方法对比研究了无分流劈、尖劈、凹劈三种射流元件模型的流动特性，并分析了凹劈模型情况下肩距和劈距变化对射流偏转特性的影响。
　　(2)结合射流元件特性，设计了有分流劈和无分流劈的两种射流振荡器结构模型，对二者进行了二维仿真研究，并通过两者射流振荡特性的比较最终确定了实验用模型为无分流劈模型，并提出了对称面差压信号的检测方法。
　　(3)根据射流振荡器仿真研究得到的相关特性对射流流量计总体结构进行了设计，主要包括流量积算仪，显示仪以及机械结构设计，成功实现了流量测量的智能显示。
　　(4)通过实验平台的搭建对射流流量计进行了实验检定。实验结果表明管道内气体流速在一定范围内与射流振荡频率成线性关系，且当流量范围为15～50L/min时，流量计具有较好的线性度和较稳定的仪表系数。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 流量测量及流量计发展

1．1．1 流量测量的意义及应用

1．1．2 流量计发展历程

1．2 射流技术简介

1．2．1 射流理论

1．2．2 射流的附壁效应及其切换

1．2．3 射流元件及其应用

1．3 射流流量计概述

1．3．1 工作原理

1．3．2 特点及应用

1．3．3 国内外研究现状

1．4 本文研究的意义、方法与内容

2 射流附壁元件的数值模拟及分析

2．1 射流附壁机理研究

2．2 射流附壁元件数学模型

2．3 射流附壁元件的数值计算分析

2．3．1 射流元件结构分析

2．3．2 射流元件参数分析

2．4 本章小结

3 射流振荡器的数值模拟及分析

3．1 结构及原理

3．2 射流振荡器模型

3．2．1 数学模型

3．2．2 几何模型与边界条件

3．3 射流振荡器的数值计算分析

3．3．1 流速分布与压力分布

3．3．2 射流振荡特性

3．4 无分流劈模型取压方式的选择

3．5 本章小节

4 射流流量计的设计

4．1 流量的积算

4．1．1 微控制器选型

4．1．2 差压传感器与信号检测

4．1．3 差压信号的AD转换

4．1．4 基于FFT的信号采集与分析

4．2 流量的显示

4．3 机械结构加工

4．4 本章小节

5 射流流量计的实验研究

5．1 射流流量计实验平台

5．1．1 钟罩式气体流量标准装置

5．1．2 实验平台

5．2 实验过程

5．3 实验结果及分析

5．4 本章小节

6 总结与建议

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢