正压法音速喷嘴标准装置温度测量研究

摘要

音速喷嘴,又称文丘里喷嘴,广泛地应用于石油、化工、天然气、节能、环保、航空、航天等各领域,是气体流量中常用的传递标准,也可直接用于流量测量。基于音速喷嘴的标准装置目前分为正压法和负压法两种,负压法国内外学者研究较多,正压法由于成本高以及前端系统复杂等因素研究较少,但可用于不同压力条件下的流量计检定,更接近仪表工况,容易达到较大的流量范围,因而具有研究价值。
　　由喷嘴计量原理知,上游滞止压力和滞止温度的稳定及准确计量对于标定至关重要,正压法喷嘴的上游一般有体积较大的滞止容器,管线和滞止容器压力变化较快且可以准确测量,但温度变化较慢,滞止容器温度存在一个快速下降再回升的过程,中间涉及复杂的传热学知识,标定过程中需确定温度稳定后再开始实验。现有的Pt铂电阻温度传感器响应时间常数较大,难以准确跟踪这个快速的温度变化过程,无法得知准确的温度稳定时间。本文基于天津大学正压法标准装置,通过理论分析建立了滞止容器的温度变化模型,并通过实验以及仿真的方法验证了理论模型的正确性,预估出了温度变化的过程,确定了温度稳定时间,并分析了这个时间Pt热电阻温度计的测量误差。最后从装置不确定度角度分析出测温的允许误差,若在在真实温度稳定时即开始实验,小流量时可满足装置精度,大流量时误差会超出装置精度范围,所以本文还设计出一种动态温度补偿模型,对传感器输出进行实时校正,减小动态测量误差。本文还用Fluent仿真的方法对滞止容器温度分布做了详细分析,认为温度分布对测温的影响较小可忽略不计。最后本文还设计出了一套正压法滞止温度的预估方法,只要给出滞止容器规格、初始压力和温度、自力式调压阀调节范围等条件,即可通过实验和理论模型相结合的方法预估出滞止容器真实温度变化过程。这套方法可用于正压法喷嘴标准装置的温压预估,具有实际意义。

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第一章绪论

1.1 音速喷嘴研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的问题

1.4 技术路线设计

1.5 可行性分析

第二章正压法音速喷嘴标准装置介绍

2.1 音速喷嘴原理

2.2 音速喷嘴标准装置分类

2.3 天津大学正压法标准装置

第三章温度问题的提出及理论模型的建立

3.1 温差问题的提出

3.2 温度压力变化过程简单分析

3.3 热电阻测温分析

3.4 温度变化过程的理论分析（考虑传热）

3.5 滞止容器温度变化的理论模型

3.6 传感器模型的建立

3.7 实验介质中传感器响应时间

第四章理论分析模型验证和应用

4.1 理论模型正确性验证

4.2 理论计算和热电阻测量结果对比

4.3 热电阻传感器测量误差分析

4.4 动态补偿模型

第五章滞止容器温度仿真

5.1 仿真方法

5.2 温度变化过程的温度分布

5.3 温度稳定时的分布

第六章稳压稳定预估及装置不确定度评定

6.1 正压法装置温度压力稳定预估流程

6.2 装置不确定度

第七章总结及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢