双锥流量计数值模拟与实验研究

摘要

差压式流量计是目前工业生产中应用最广泛的流量计之一,但传统差压式流量计中存在流出系数不稳定,压损大,量程比小,现场安装条件高等缺点。内锥流量计的出现使得差压式流量计的优化改进工作有了质的飞跃,但其在结构上仍存在不足,本文在内锥体结构的基础上对其进行优化,提出了一种新型的节流式流量计——双锥流量计。
　　本课题利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对DN50mm的双锥流量计流场进行了数值模拟,并结合一定量的实流实验,较深入地研究了双锥流量计的各项性能。论文主要工作如下:
　　1)研究双锥流量计流出系数的影响因素及变化规律。结论如下:双锥流量计的流出系数与雷诺数和等效直径比b有关;随着雷诺数的增大流出系数慢慢增大,但最后趋于一个常数;b对其流出系数的影响很小,但总的来说随着b的减小流出系数缓慢减小;与实验结果相比,模拟预测的精度在3％左右。
　　2)用理论分析的方法给出双锥流量计可膨胀系数的拟合方案。通过仿真得到两个吻合精度较高的可膨胀系数拟合公式,其预测结果与实验值相比较误差小于0.5%,具有较高的预测精度。
　　3)对双锥流量计在上游半月型孔板、单弯管、平面双弯管、空间双弯管扰流作用下的流场进行仿真,得到了最短直管段长度:上游半月型孔板扰动下,所需的最短直管段长度为11D;上游各弯头距离双锥5D或以上时,可预测其对流量计的性能没有影响。

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表清单

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 差压式流量计简介

1.3 内锥流量计的研究现状

1.4 论文研究目的和主要内容

2 双锥流量计的理论基础

2.1 双锥流量计的测量原理

2.2 讨论流出系数与可膨胀系数的影响因素

2.3 本章小结

3 双锥流量计流场数值模拟基础

3.1 计算流体动力学概述

3.2 CFD软件FLUENT介绍

3.3 湍流模型理论

3.4 本章小结

4 双锥流量计流量特性研究

4.1 三维几何模型构建

4.2 模拟计算条件的设置

4.3 双锥流量计流量特性模拟分析

4.4 双锥流量计水流量实验

4.5 本章小结

5 双锥流量计可膨胀系数经验公式的建立

5.1 可膨胀系数计算公式的拟合方案

5.2 双锥流量计可膨胀系数的模拟计算

5.3 双锥流量计可膨胀系数气体实验

5.4 本章小结

6 安装条件对双锥流量计性能影响的数值模拟

6.1 半月型孔板对双锥流量计性能影响的数值模拟

6.2 上游弯头对双锥流量计性能影响的数值模拟

6.3 本章小结

7 全文总结与展望

7.1 研究工作总结

7.2 展望

参考文献

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