浮子流量传感器结构优化与粘度影响研究

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浮子流量传感器结构简单、成本低廉、使用方便、工作特性稳定、应用面广,特别是金属管浮子流量传感器,工作可靠,是过程控制领域重要的流量仪表之一。寻求有效手段优化浮子流量传感器的结构以改善其性能,以及探求浮子流量传感器的粘度影响规律等问题一直是众多专家学者所关注的重点问题,本论文从这两个方面对浮子流量传感器进行了研究。对设计与优化大口径锥管浮子流量传感器的结构和几何参数的方法进行了研究,以DN100和DN200短管型金属浮子流量传感器为例,详细介绍了对其进行优化设计的研究工作;利用CFD方法对不同结构的孔板浮子流量传感器进行比较和分析,设计了线性度好、压力损失小的双锥形孔板浮子流量传感器;提出根据线性度转折点处流量与量程上限的比例关系确定双锥形浮子锥台高度和锥台连接处直径的方法;以DN100孔板浮子流量传感器为例,给出了双锥形结构的最优参数。依据粘性流体力学的边界层理论及流动阻力理论,考虑粘性摩擦力对浮子的作用,从理论上分析了影响孔板浮子流量传感器体积流量的因素;采用理论分析与CFD数值计算相结合的方法,研究了流体温度变化对金属管浮子流量传感器测量性能的影响;在可变温油装置上对孔板浮子流量传感器进行实验研究,给出了粘度影响公式的一般形式及DN25孔板浮子流量传感器的解析公式;利用CFD方法从微观流场的角度研究了孔板浮子流量传感器的粘度影响机理,提出了利用CFD方法对其进行研究时的临界雷诺数及不同雷诺数下的粘度模型。采用模块化思想设计了浮子流量传感器通用仿真平台。该平台自带建模和计算所用的全部jou文件以及浮子流量传感器结构参数数据库,能够根据流体属性自动计算前直管段Re数并正确选择粘度模型,可读性强,操作简单。浮子流量传感器结构优化和粘度影响研究中所应用的方法,可拓展到其他类型流量传感器的设计和研究中。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 绪论第11-19页
    1.1 浮子流量传感器的发展第11-12页
    1.2 浮子流量传感器的工作原理第12-13页
    1.3 浮子流量传感器的研究现状第13-16页
        1.3.1 浮子流量传感器的设计与优化第13-14页
        1.3.2 浮子流量传感器的非线性问题第14-15页
        1.3.3 浮子流量传感器内部流场计算第15页
        1.3.4 流体粘性对浮子流量传感器测量性能的影响第15-16页
    1.4 本论文的研究内容和创新点第16-19页
        1.4.1 研究内容第16-17页
        1.4.2 创新点第17-19页
第二章 大口径锥管浮子流量传感器结构设计与优化第19-37页
    2.1 浮子流量传感器流量方程的推导第19-21页
    2.2 计算流体力学简介第21-23页
        2.2.1 FLUENT软件包第21-22页
        2.2.2 FLUENT 中的湍流模型第22-23页
    2.3 大口径锥管浮子流量传感器设计的约束条件第23-24页
    2.4 锥管浮子流量传感器数值计算模型第24-26页
        2.4.1 GAMBIT建模第24-26页
        2.4.2 FLUENT计算条件设置第26页
    2.5 基于CFD的大口径锥管浮子流量传感器结构优化第26-32页
        2.5.1 优化设计第26-28页
        2.5.2 CFD仿真数据及分析第28-29页
        2.5.3 实验装置及实验步骤第29-30页
        2.5.4 参数优化及实验数据第30-32页
    2.6 基于CFD的大口径锥管浮子流量传感器结构设计第32-36页
        2.6.1 结构参数设计第32-34页
        2.6.2 仿真数据及参数优化第34页
        2.6.3 实验数据及分析第34-35页
        2.6.4 实验与仿真数据对比及分析第35-36页
    2.7 小结第36-37页
第三章 双锥形孔板浮子流量传感器结构设计与优化第37-53页
    3.1 问题提出第37-39页
    3.2 浮子流量传感器2D和3D仿真模型的比较研究第39-43页
        3.2.1 几何模型第39页
        3.2.2 CFD数值计算模型第39-41页
        3.2.3 CFD仿真数据及分析第41-43页
    3.3 基于CFD的不同结构DN100 孔板浮子流量传感器的比较研究第43-46页
        3.3.1 结构及参数第43-44页
        3.3.2 CFD仿真数据及分析第44-46页
        3.3.3 综合分析第46页
    3.4 基于CFD的双锥形孔板浮子流量传感器的优化研究第46-50页
        3.4.1 双锥形浮子结构参数设计第47-48页
        3.4.2 流量仿真数据及分析第48-49页
        3.4.3 压损仿真数据及分析第49-50页
    3.5 双锥形孔板浮子流量传感器实验数据及分析第50-52页
        3.5.1 流量实验数据及分析第50-51页
        3.5.2 压损实验数据及分析第51-52页
    3.6 小结第52-53页
第四章 浮子流量传感器温度影响研究第53-61页
    4.1 不锈钢的热膨胀性第53-54页
    4.2 不同温度下浮子流量传感器的结构参数第54-56页
    4.3 浮子流量传感器温度影响的理论分析第56-57页
        4.3.1 不同温度下的环隙面积及其变化率第56页
        4.3.2 20℃时浮子流量传感器的环隙面积变化率第56-57页
        4.3.3 综合分析第57页
    4.4 浮子流量传感器温度影响的仿真分析第57-60页
        4.4.1 不同温度下水的物性参数第57-58页
        4.4.2 CFD数值计算模型第58-59页
        4.4.3 CFD数值计算数据第59-60页
    4.5 小结第60-61页
第五章 孔板浮子流量传感器粘度影响的理论研究第61-72页
    5.1 流体的流动特性第61-63页
        5.1.1 流体的粘度特性第61-62页
        5.1.2 边界层及切应力第62-63页
    5.2 流动阻力与能量损失第63-66页
        5.2.1 流动阻力的类型第63-64页
        5.2.2 流动阻力的计算第64-66页
    5.3 孔板浮子流量传感器粘度影响的机理分析第66-70页
    5.4 孔板浮子流量传感器刻度的换算公式第70-71页
        5.4.1 忽略粘性影响的刻度换算公式第70-71页
        5.4.2 考虑粘性影响的刻度换算公式第71页
    5.5 小结第71-72页
第六章 孔板浮子流量传感器粘度影响的实验研究第72-90页
    6.1 问题提出第72页
    6.2 流体的流变特性第72-73页
    6.3 实验介质的流体参数第73-78页
        6.3.1 实验介质的流变特性研究第73-75页
        6.3.2 实验介质的动力粘度第75页
        6.3.3 实验介质的密度第75-76页
        6.3.4 实验介质的运动粘度第76-78页
    6.4 实验装置及实验步骤第78-79页
        6.4.1 实验装置第78页
        6.4.2 实验步骤第78-79页
    6.5 孔板浮子流量传感器实验数据及分析第79-84页
        6.5.1 实验数据第79-82页
        6.5.2 实验数据分析第82-84页
    6.6 孔板浮子流量传感器粘度影响的规律第84-89页
        6.6.1 同一粘度不同刻度流量下的粘度影响规律第84-85页
        6.6.2 不同粘度同一刻度流量下的粘度影响规律第85-86页
        6.6.3 不同粘度不同刻度流量下的粘度影响规律第86-89页
    6.7 小结第89-90页
第七章 孔板浮子流量传感器粘度影响的仿真研究第90-115页
    7.1 问题提出第90页
    7.2 浮子流量传感器中流体流动形态的研究第90-93页
        7.2.1 流体流动形态的分类第90-91页
        7.2.2 浮子流量传感器中流体的流动形态第91-93页
    7.3 CFD数值计算模型第93页
        7.3.1 网格剖分方案及计算条件第93页
        7.3.2 不同仿真流量下浮子的高度第93页
    7.4 粘度影响仿真方法的研究第93-101页
        7.4.1 粘度模型的选择第93-96页
        7.4.2 刻度换算公式的选择第96-98页
        7.4.3 基础介质的选择第98-101页
    7.5 DN25 孔板浮子流量传感器仿真结果及分析第101-105页
        7.5.1 流量仿真流量数据第102-103页
        7.5.2 仿真与实验数据对比第103-105页
    7.6 基于CFD的DN25 孔板浮子流量传感器粘度影响分析第105-114页
        7.6.1 流速分布与分析第105-111页
        7.6.2 受力数据及分析第111-113页
        7.6.3 压损数据及分析第113-114页
    7.7 小结第114-115页
第八章 浮子流量传感器通用仿真平台设计第115-124页
    8.1 两个关键技术第115-116页
        8.1.1 坐标点文件的应用第115-116页
        8.1.2 jou文件的复用第116页
    8.2 浮子流量传感器通用仿真平台的结构设计第116-117页
    8.3 基于VB的孔板浮子流量传感器通用仿真平台的界面设计第117-122页
        8.3.1 管理员用户第117-119页
        8.3.2 普通用户第119-122页
    8.4 基于VB的锥管浮子流量传感器通用仿真平台的界面设计第122-123页
    8.5 小结第123-124页
第九章 总结与建议第124-126页
    9.1 总结第124-125页
    9.2 建议第125-126页
参考文献第126-134页
发表论文与科研情况说明第134-135页
致谢第135页
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论文编号ABS538388,这篇论文共135页
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