张建智[1]2004年在《水平浮子流量计的设计与优化》文中指出本文简要介绍了浮子流量计的测量原理，采用理论分析、数值仿真与实际流量标定相结合的方法，设计了一系列适合于水平安装的浮子流量计。这种设计方法不仅可以获得浮子组件所受粘性应力的准确值，确定浮子形状、锥管锥度和管道结构对流量测量的影响，而且可以获得流量传感器流场的叁维流动信息。本文的主要工作如下： 1．详细分析浮子组件在流场中的受力情况，对水平浮子流量计的测量公式进行了理论推导，确定了流量大小与浮子位置的对应关系。 2．从水平浮子流量计的测量公式出发，结合设计要求，对水平浮子流量传感器进行初步结构设计，利用计算机软件绘制二维设计图纸，并进行叁维零件装配与结构检查。 3．利用仿真软件对初步设计的水平浮子流量传感器的流场进行数值计算，并分析流量传感器的速度场、压力场以及浮子组件的受力情况。根据计算结果确定流量系数，修改初步设计的流量传感器的结构。充分利用了浮子的有限行程，从而提高水平浮子流量计测量的灵敏度。 4．对测量大流量的水平浮子流量传感器的结构进行优化。通过对数值结果的分析和比较，采用整流器来改善流量传感器的流场，有效降低了流量计的振动效应，减少了流量测量误差。 5．加工设计模型，并进行实际流量标定，根据标定结果进一步修改水平浮子流量传感器的结构。 实验结果表明，采用数值仿真进行设计的结果相对于实际流量标定的结果，其流量最大满度误差为2.28％；而传统设计方法的流量最大满度误差为12.01％。由此可见，本文的设计方法能更快更有效的达到设计目标，从而缩短设计周期、降低设计成本和提高设计准确度。
朴立华[2]2011年在《浮子流量传感器结构优化与粘度影响研究》文中进行了进一步梳理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。
葛利俊[3]2011年在《提高浮子流量计测量精度的研究》文中研究表明浮子流量计是一种常用的变截面式压差流量计量装置,结构简单、成本低、工作可靠性高、可测量流量小和节流压力损失小的特点,因此在石油、煤炭、冶金、轻化工业、食品卫生等工业领域中广泛应用。影响浮子流量计测量精度的因素较多,本论文从传感器流量方程和机械结构优化改进、安装整流器改善安装条件、修正角度位置检测模型、提高信息处理系统的智能化等几个方面进行研究,以提高浮子流量传感器测量精度,扩大其应用领域。本论文主要完成以下工作:提出基于流速分布法的流量计多孔整流器的设计方法。通过对充分发展流场各区域流速分布计算,得到目标流速比例,利用CFD对流场数值仿真计算出畸变流场各区域内的流速分布,按照流速分布法特殊设计流通面积进而达到矫正流场的目的。并在水平式浮子流量计和超短前端直管段(1D)的极限安装条件下浮子流量计中进行验证,实验和仿真结果表明,按此方法设计的整流器,有效地矫正了由于弯管引起的偏流,降低了浮子受力不平衡度,对提高流量计的计量精度具有借鉴意义。在比较研究了差动式和比值法电容角位移传感器的基础上,提出了智能比值的非线性数学模型。并研制了基于光栅技术的精密角度校准装置,测试结果证明所研制的智能比值法角位移传感器不仅精度高而且温漂小。可以使得该类电容角位移测量精度从2.5级改善至1.5级。提出了适合浮子流量计流量输出特性的分区最小二乘法非线性修正方法。在浮子流量计检定中,对标定数按照统计规律进行分区,在区间内采用最小二乘法拟合,对仪表系数进行二阶非线性修正,既提高了下位机的运算速度又能保证无龙格现象出现,使残差达到最小,提高流量计的测量精度。分析了浮子流量传感器数学模型的研究现状,针对以往浮子流量传感器流量方程所存在的问题,利用流体力学公式在考虑流体的粘滞阻力所引起的能量损失进行推导,得出孔板浮子流量传感器的理论测量模型,将数学模型的计算结果与传统锥管浮子流量计计算结果进行了比较,并通过实验验证。
叶佳敏[4]2006年在《浮子流量传感器的特性研究和结构优化》文中提出浮子流量计是一种传统的变截面流量计,具有结构简单、工作可靠、压力损失小且稳定、可测低流速介质等诸多优点,广泛应用于测量高温、高压及腐蚀性流体介质。但是目前在浮子流量计中仍然存在着诸多尚待解决的问题,浮子流量传感器输出非线性、仿真平台不完善、水平式浮子流量计在大流量下浮子出现振动以及浮子流量传感器受被测介质粘度变化影响都是影响浮子流量计测量精度的重要问题。所以,对浮子流量传感器的特性研究和结构优化有很重要的意义。首先通过对浮子流量计流量计量方程的研究,指出在目前流行的短管型浮子流量计中浮子位移和流量之间存在明显的非线性关系;并且通过对浮子流量传感器测量机理的进一步研究,发现在短管条件下浮子行程(锥管的锥角)的改变对流量传感器浮子位移与流量之间的线性关系有重要的影响;研究了浮子行程与非线性间的内在规律,并对它们之间的关系进行了定量分析,为解决浮子流量传感器中存在的非线性问题提供了一个新的研究方法。其次对商用计算流体力学(CFD)软件包FLUENT以及用户自定义函数(UDF)做了简单的介绍,利用FLUENT对垂直式浮子流量传感器进行二维以及叁维流场仿真,分析了有无前直管段、入口条件以及浮子旋转对仿真结果的影响,完善了仿真平台。然后对水平式浮子流量传感器进行叁维流场仿真。通过分析仿真结果,对水平式金属管浮子流量传感器的结构提出了几种优化方案,解决了水平式浮子流量传感器中大流量下浮子振动的问题,为水平式浮子流量传感器的研究与设计奠定了基础。最后对多粘度试验装置及试验方案进行了介绍,研究设计了叁种新型的浮子,同时借鉴苏锋论文中提到的叁种减粘浮子,对包括现在应用广泛的CF型、DF型浮子在内的不同材料的十种浮子流量传感器进行粘度介质流量试验研究,配制了动力粘度分别为31m Pa?s, 65 mPa?s, 85 mPa?s的叁种甲基纤维素水溶液作为试验介质,物理试验结果给出了不同形状浮子的粘性特性,并定量分析了它们的粘度适应能力。ACF型浮子呈现出了特殊的性能,随着溶液粘度的增加,其流量值有增加的趋势,VCF型、DFL型、CFC(钢制)型浮子具有较好的粘度适应能力。该研究为在测量中低粘度溶液中浮子流量传感器的选型提供参考依据,弥补了在中低粘度流体介质上试验的空白。
滕鹏飞[5]2013年在《液体微小流量计量方法和标准装置的研究》文中研究指明最近几十年国内外许多科研人员开展了微小流量计的研究，取得了广泛的成果。但是目前国内研究的微小流量标准装置很少用于各地计量院的检定校准工作。针对这一现状，本文研制了一套柱塞式液体流量标准装置，可以检定校准流量范围在0.1mL/h~1000mL/h内的浮子流量计、科氏和热式质量流量计、输液泵检测仪。本文完成了以下工作：首先从微小流量计和微小流量标准装置两方面，总结了国内外液体微小流量的研究现状，同时重点查阅了国内外活塞式流量标准装置的研究成果。归纳了微小流量的特点，分析了它与常规流量在检定校准时的区别。针对上述四种流量计，从检定过程和检定要求两方面提出了相适应的计量方法。然后对标准装置进行了总体设计，装置以柱塞作为计量基准，采用了全封闭并联四柱塞的结构。同时本文将动态检定校准方法引入到微小流量计量中。装置控制系统中的下位机以两台PLC作为核心，实现了柱塞驱动、阀门控制、信号采集等功能；上位机实现了初始化设置、检定过程全程监控等功能。本文还开展了实验和不确定度的研究。通过比对实验，验证了标准装置与高精度天平的一致性较好，确认了装置在宽流量范围内仍然有较高的准确度，重复性优于0.37%。然后对装置的标准体积流量值进行了不确定度评定，扩展不确定度为0.52%（k=2）。最后利用装置对四种流量计进行了检定实验，给出了不确定度评定结果。
朴立华, 张涛, 马艳芳, 王军朋[6]2011年在《基于CFD的锥管浮子流量计结构优化》文中指出针对量程上限为100 m3/h的DN100金属锥管浮子流量计存在的压力损失大、稳定性差、加工难度大、造价高等问题,应用计算流体动力学(CFD)方法,设计并优化浮子流量计的结构参数。利用GAM-BIT的Size Function功能加密网格,提高计算精度,利用"浮子受力平衡度误差分析法"逐步调整入口流速,对浮子流量计的叁维流场进行数值计算。结果表明:采用CFD数值计算与物理实验相结合的方法设计和优化浮子流量计,既达到了预期的设计目标,又可以改善浮子流量计的性能,同时减少了设计周期和设计成本。
郭小丽[7]2012年在《浮子流量传感器通用仿真平台设计及粘度影响研究》文中进行了进一步梳理浮子流量计作为一种典型的变截面积流量计，具有结构简单、刻度直观、工作可靠性高、使用维护方便、压力损失小等优点，被广泛应用于工业流量测量领域中。研究介质粘度对浮子流量传感器测量影响的规律实现流量修正，设计有效的仿真平台实现传感器结构设计和优化等问题，一直是众多学者关注浮子流量传感器的重点。本文从这两个方面对浮子流量传感器进行了研究。在研究介质粘度对浮子流量传感器测量影响的规律中提出叁种研究方法：其一，从工业应用角度出发，在可变粘度流量实验装置上进行了孔板浮子流量传感器变粘度实验研究，提出了粘度影响的实验研究方法——基于实验数据的多项式拟合密度粘度修正，给出了DN50孔板浮子流量传感器密度粘度修正的一般公式；其二，通过流体力学理论分析，建立了粘性流场中孔板浮子流量传感器的流量计算模型，提出了粘度影响研究的理论计算方法——基于相似模型等效法的粘性介质流量计算；其叁，在验证CFD模型准确性的前提下，进行仿真研究，从流场角度研究孔板浮子流量传感器粘度影响机理。对比了孔板浮子流量传感器粘度影响研究的叁种方法，给出了不同研究方法的适用条件。通过分析孔板浮子流量传感器工作原理，设计了基于CFD的孔板浮子流量传感器结构设计及仿真通用平台。在完成孔板浮子流量传感器大量的实流实验和2D仿真之后，确定了不同口径传感器的数值仿真模型。在此基础上，利用VisualBasic软件和Microsoft Access数据库，完成设计。该平台能实现现有传感器结构优化，设计全新流量范围的传感器结构。本文的研究方法，可拓展到其他类型流量计的研究工作中。
李珠玲[8]2006年在《基于卡曼涡街原理的井下流量计的研究与应用》文中研究表明同心集成细分注水技术是一种新型注水技术,具有测试效率高、测试资料准的特点。目前该工艺的流量测试仪器主要依靠浮子流量计。在实际应用中,由于注水水质差,常出现堵、卡浮子现象,因此测试成功率低,测试周期长,精度低,使该注水工艺应用规模受到了一定的限制。针对上述情况,为更好的满足大庆油田同心集成细分注水工艺的要求,本文在综合分析国内外现有的地面和井下流量测试技术后,提出采用涡街原理进行同心集成细分注水工艺的井下流量测量方法,研制涡街式井下流量计。本文研究了涡街式井下流量计实现流量测量的原理,充分考虑了井下环境与地面环境的差异,设计了一种涡街式井下流量计。此涡街式井下流量计的涡街流量传感器的口径为14mm,突破了此前文献所介绍的最小内径——15mm。经过相应的结构优化设计和大量试验,最后研制出了涡街式井下流量计的样机。针对样机进行了性能试验及数据分析,从该样机在大庆、大港、冀东、长庆、辽河等油田的应用情况看,取得了很好的效果。涡街式井下流量计具有精度高、结构简单、测试操作简便、无可动部件,对逆向流有很好的响应等优点。在注水井水质较差时有较好的适应性,解决了以前浮子流量计易卡、堵的问题。涡街式井下流量计的研制成功,解决了同心集成注入工艺的测试问题,为该工艺的大规模应用奠定了基础。同时为油田的分层测试工艺,提供了一种新的流量测量仪器。
申高展[9]2011年在《一体化磁阻式金属管浮子流量计的研制》文中进行了进一步梳理在过程控制、医药卫生、能源计量及日常生活等领域中,流量是最重要的检测控制信号之一。浮子流量汁是一种经典的变面积式流量计。因其具有构造简单,工作可靠,价格低廉,对前后直管段要求不高等优点,被广泛用于气体、液体、蒸汽流量的测量中。本论文研究的是基于MSP430系列单片机的一体化磁阻式金属管浮子流量计的研制。通过磁路耦合将浮子的纵向位移转换成外部径向充磁磁钢(简称外磁钢)的角位移,利用磁阻传感器检测外磁钢的角位移,利用温度传感器检测外环境温度,利用温度、压力传感器检测介质温度和压力,由MSP430系列单片机进行A/D采样、软件算法处理、PWM波输出、液晶显示等,通过RS485标准通讯接口实现下位机设置和流量计的标定。此外,系统增加外扩看门狗模块和掉电保护电路以提高可靠性。为了满足现场要求,本论文共设计了两种方案,一种采用直流24 V供电,带4~20 mA两线制模拟电流输出的设计方案,另一种是采用3.6V电池供电的设计方案。采用模块化程序设计思想,在优化主程序的基础上,实现了流量信号采集与计算、瞬时流量/累计流量显示、PWM波输出、上下位机通信、仪表参数存储等功能的软件设计。分析浮子流量计的标定曲线线性度差的原因,从软件上解决了因标定曲线非线性造成的测量精度下降的问题,并通过实流实验验证了所提出的分区最小二乘法拟合能降低或消除机械加工对金属管浮子流量计测量精度造成的影响的结论。在实流实验方面,根据磁阻传感器方案生产了两台金属管浮子流量计样机,口径为DN25和DN100。在天津大学过程检测与控制实验室水流量标准装置上分别对其进行标定和检定,其精度等级均为1.0级。
叶佳敏, 张涛[10]2006年在《水平式金属管浮子流量计的仿真与实验》文中提出利用基于计算流体力学的流量传感器设计方法实现了对适合安装于水平管道的特殊结构的金属管浮子流量计叁维湍流流场的数值仿真研究．流场仿真所需的模型采用GAMBIT软件建立,通过FLUNT软件进行仿真,仿真过程中利用受力平衡来控制计算精度．数值仿真结果和物理实验结果比较,浮子受力平衡误差绝对值为2．01%时,流量误差绝对值为0．70%,证实了仿真结果的准确性．同时,利用流场仿真信息对流量传感器结构做了进一步的优化,解决了水平式金属管浮子流量计在大流量下的浮子振动问题．
参考文献：
[1]. 水平浮子流量计的设计与优化[D]. 张建智. 中南大学. 2004
[2]. 浮子流量传感器结构优化与粘度影响研究[D]. 朴立华. 天津大学. 2011
[3]. 提高浮子流量计测量精度的研究[D]. 葛利俊. 天津大学. 2011
[4]. 浮子流量传感器的特性研究和结构优化[D]. 叶佳敏. 天津大学. 2006
[5]. 液体微小流量计量方法和标准装置的研究[D]. 滕鹏飞. 中国计量学院. 2013
[6]. 基于CFD的锥管浮子流量计结构优化[J]. 朴立华, 张涛, 马艳芳, 王军朋. 传感器与微系统. 2011
[7]. 浮子流量传感器通用仿真平台设计及粘度影响研究[D]. 郭小丽. 天津大学. 2012
[8]. 基于卡曼涡街原理的井下流量计的研究与应用[D]. 李珠玲. 大庆石油学院. 2006
[9]. 一体化磁阻式金属管浮子流量计的研制[D]. 申高展. 天津大学. 2011
[10]. 水平式金属管浮子流量计的仿真与实验[J]. 叶佳敏, 张涛. 天津大学学报. 2006
标签：仪器仪表工业论文; 动力工程论文; 浮子流量计论文; 流量计论文; cfd论文; 压差流量计论文; 流量论文; 仿真软件论文;