CNiM-TM系列气体涡轮流量计的优化设计研究

摘要

涡轮流量计作为传统的流量测量仪表,由于其精度高、量程比大、压损小等优点,使得它们使用面较广、使用量较大,是关系现代生产、民生和国家发展的重要计量器具。在目前资源日益短缺的形势下,对天然气进行计量的测试仪表提出了更高的要求,凸显了提高涡轮流量计性能的重要性。
　　本文采用理论研究,数值计算和实验研究三者相结合的研究方法,以目前生产的 CNiM-TM-DN80为研究对象,对降低涡轮流量计线性误差进行了讨论。本文的主要工作如下:
　　(1)理论研究方面,首先量化了叶轮的各个参数,然后通过将势流理论、动量定理和连续性方程用于叶轮的旋转过程,完成了关于涡轮流量计的有关仪表系数的完整的数学模型,采用非线性多变量的优化方法进行了降低涡轮流量计线性误差的研究,且得出了优化后的叶轮参数。
　　(2)数值模拟方面,在严格依据实物的基础上建立了涡轮流量计的三维模型,采用FLUENT对流量计的内部流场进行了数值模拟。叶轮的转速是数值计算中一个难题,本文采用 FLUENT里 UDF接口,引入了动网格技术,编写 C程序来计算涡轮流量计的叶轮在给定流量点下的转速,并将叶轮转速的计算结果输出,在与实验结果比较误差较小后,给出了其内部速度分布和压力分布。最后将理论研究得出的数据重新对叶轮进行三维建模,对改进后的几何模型进行了叶轮转速的考察。
　　(3)实验方面,运用音速喷嘴法气体标准装置,对涡轮流量计的压力损失和仪表系数进行了标定,以对数值模拟和理论的结果验证。

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表清单

1 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 涡轮流量计的工作原理和应用

1.3 涡轮流量计的研究现状

1.4 研究内容

1.5 创新点

2 降低涡轮流量计的线性度误差研究

2.1 叶轮特征参数

2.2 特征参数约束条件

2.3 优化目标函数

2.4 涡轮流量计数学模型的建立

2.5 优化算法与流程

2.6 优化结果

3 涡轮流量计数值模拟的基本理论

3.1 流动运动的控制方程

3.2 旋转坐标系下的控制方程

3.3 湍流模型概述

3.4 可动区域流动问题的求解方法

3.5软件介绍

3.6 网格的生成与其质量指标

4 涡轮流量计数值模拟优化研究

4.1 气体涡轮流量传感器内部流场的数值模拟

4.2 计算结果分析

4.3 修改叶轮参数后数值模拟结果与分析

5 实验对比研究

5.1 音速喷嘴的测量原理

5.2 数学模型

5.3 仪表系数的计算

5.4本实验所用临界流喷嘴气体流量标准装置介绍

5.5 检定的结果及其分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 今后工作展望

参考文献

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