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《浙江大学》 2015年
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气体超声波流量计非理想流场分析与补偿方法

陈炜刚  
【摘要】:在天然气计量领域,气体超声波流量计相较于传统的流量计(孔板、涡街、涡轮等)以其宽量程比、高可靠性、高计量精度、低压力损失以及无机械活动部件等优点广泛应用于西气东输管网、城市门站以及燃气储配站等天然气贸易计量场合。于此同时,国内的气体超声波流量计市场长期被外资企业所垄断。这些天然气仪表价格昂贵,而且能源行业是关系国计民生的重要行业,因此自主研发其核心设备实乃必须,具有极其重要的战略意义。气体超声波流量计的研发难点主要集中在信号检测与处理、基本元器件的研制以及流场分析与补偿方法三方面。本论文的研究内容主要是流场分析与补偿方法。本文首先针对典型非理想流场进行数值仿真,进而设计出针对DN100管径的声道布局。在分析了大量的仿真结果后,提出了提高表体计量精度的方法,即分别从计算模型的优化以及对流场的优化两方面来进行考虑,其主要内容如下:1.典型非理想流场的数值仿真与测量分析。本文首先根据国内外的检定标准确定了重点针对空间三维双弯管模型开展研究。以设计流场适应性强的表体为目的,结合低功耗要求以及换能器实际尺寸带来的安装要求等限制条件,设计出针对DN100管径的弦向声道与径向声道共存的四声道布局。2.修正系数线性拟合法的设计与实验验证。本文对空间三维双弯管模型进行数值仿真,在分析不同速度以及距双弯管出口不同位置处的声道线的速度信息,发现弦径比与修正系数的值存在线性拟合关系。以此为基础,提出修正系数的线性拟合法,并将该方法应用到数值仿真以及现场试验中进行验证。3.整流器的设计与实验验证。为了提高表体的计量精度,除了改进计算模型之外,本文还通过使用整流器的方法来改进测量表体前端的流场环境。整流器的选用,使得流体域通过计量表体的流场较为平稳。本文自主研发了新型的整流器,并建立三维模型在ANSYS中进行仿真验证,此外,自制了整流器实物,将其应用到现场实验中,来判断其是否符合使用要求。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TH814.92

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