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《浙江大学》 2003年
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旋涡型流体振动流量计流体振动特性仿真及实验研究

彭杰纲  
【摘要】: 旋涡型流体振动流量计是利用流体在特定流道条件下流动时产生的旋涡振荡,而且其振荡频率与流速成比例这种规律来测量流量的流量计。基于旋涡流体振荡原理的流量计主要有两种:涡街流量计和旋进旋涡流量计。这类的流量计兼有无运动部件,脉冲数字输出,计量不受被测流体性质影响,测量准确度较高,量程比宽,无零点漂移,压力损失小,便于安装维护等优点,是测量气体,液体,蒸汽,混合型和腐蚀性流体的理想的流量计。但是这类流量计存在的三大缺陷,至今没有得到很好解决:①小流量信噪比低,②抗干扰性能差,③传感器表面粘滞对检测灵敏度的负面影响。 本论文针对旋涡型流体振动流量计小流量信噪比低和抗干扰性能差等问题,确定以流体振动特性应用基础为主要方向。以流场仿真技术和实验流体力学的相结合的方法,系统地研究了旋涡型流体振动流量计的流体振动特性。研制出比传统单钝体涡街流量计流量下限降低约50%的新型双钝体涡街流量计;揭示出脉动流中旋进旋涡流量计流体振动特性,并在此基础上提出基于FFT相位判别的数字信号处理方法来消除流场脉动对旋进旋涡流量计的干扰的方法。有关各章内容分述如下: 论文第一章以大量的国内外文献为基础,全面综述了流量计的发展历史和现状,确定以具发展前途的流量计之一——旋涡型流体振动型流量计(涡街流量计和旋进旋涡流量计)作为研究内容。介绍了旋涡型流体振动流量计在一次仪表和二次仪表方面研究的情况,指出该类流量计研究中所面临的主要问题。提出了本博士课题的选题意义、立项依据和主要研究内容。 论文第二章介绍了涡街流量计的原理,对涡街流量计的经典流体力学理论和钝物体绕流的计算流体力学方法进行了阐述。建立了单钝体和双钝体涡街流量计的物理模型和数学模型,应用基于有限体积法的FLUENT软件对单钝体和双钝体的流动现象进行仿真研究。预测出双钝体强化卡门涡街脉动压力效应及其测量精度,并根据仿真结果对传感器的安装进行了设计。据此提出通过双钝体诱发卡门涡街增强涡街强度、提高涡街流量计的信噪比,进而降低涡街流量计的流量下限的方法。为实验研究提供了方法及方案。 论文第三章首先对整个实验装置的设计和选用、实验流量计的设计以及检测元件的选用等作了全面分析。在自行设计制造的流量计的实验装置上对双钝体涡街流量计进行了系统研究。分别对不同组合双钝体诱发卡门涡街的Strouhal数特性、涡街强度、涡街重复稳定性、压力损失特性进行了实验研究。然后通过大量实验和理论分析给出双钝体涡街流量计的设计准则:当管径为D,钝体形状为三角形,则钝体设计参数为:锐边宽度=0.26D,高度=0.34D,钝体之间的距离=1.2D(即当两钝体宽度相等且钝体距离等于单钝体两列旋涡之间的距离)。按照该参数设计出的样机,其测量精度≤1%,重复度≤0.3%,流量下限与单钝体涡街流量计相比下降约50%。实验和仿真结果对比表明:其中仿真所预测的双钝体强化卡门涡街脉动压力效应及传感器的安装准则与实验结果吻合,但仿真所预测出的 测量精度与实验结果有较大误差。 论文第四章基于流体力学可视化实验方法,设计制造了双钝体涡街流量计的 流体可视化实验系统。采用烟雾成像的可视化方法,对单、双三角柱型钝体的旋 涡脱落特性进行了实验研究。这一结果有助于对双钝体涡街旋涡脱落的直观认 识。 论文第五章介绍了旋进旋涡流量计的原理和结构,阐述该流量计的经典理 论,分析了经典理论的局限性。针对旋进旋涡流量计的理论分析所存在的问题, 论文应用FLuENT软件对该流量计进行了直接流场仿真研究,分析仿真的结果 和误差,并提出了改善仿真精度的途径。 论文第六章对旋进旋涡流量计的流体振动特性进行实验研究。首先通过改变 多种传感器的安装方式和位置,对旋进旋涡流量计的流场分布进行实验,揭示出 旋进旋涡流量计旋涡进动效应各向异性的特征,并观察到传感器与流体之间流固 祸合振动所产生的测量锁频现象,据此提出该类流量计的传感器的最佳安装方 式。随后对旋进旋涡流量计在脉动流场中的响应特性进行了实验研究,揭示出脉 动流场的脉动压力与旋涡进动效应脉动压力的线性叠加关系规律。最后根据旋涡 进动效应的脉动压力在轴对称点具有的180度相差的特性和流体脉动在轴对称 点上脉动压力相差为零的特征,提出基于FFT相位判别的旋进旋涡流量计抗流 体脉动干扰的数字信号处理方法,并通过离线仿真证明其有效性。 论文第七章概括了全文的主要研究结果和论文的创新点,并展望了今后需进 一步开展的工作。 纵观全文,本文成功地将CFD技术和实验流体力学方法应用于新型双钝体 涡街流量计的研究,并对旋进旋涡流量计的流体振动特性和抗干扰方法进行系统 研究,提出了旋进旋涡流量计抗干扰设计的新方法。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TH814

【引证文献】
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1 黄咏梅;张宏建;孙志强;;涡街流量计的研究[J];传感技术学报;2006年03期
2 潘岚;傅新;彭杰纲;;双钝体涡街流量计的设计与研究[J];自动化仪表;2005年11期
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1 林晓琳;光纤式涡街流量测量技术的研究[D];燕山大学;2011年
2 王雪峰;基于时差法气体超声波流量计的关键技术研究[D];大连理工大学;2011年
3 贾云飞;涡街流量传感器不同流体条件下测量特性的研究[D];天津大学;2007年
4 郑丹丹;涡街流量传感器小流量测量性能研究[D];天津大学;2009年
5 陈洁;宽量程涡街流量计信号处理方法及其实现技术的研究[D];上海大学;2010年
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1 方国庆;插入式超声涡街流量计的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 署赵滨;槽式孔板与旋进漩涡流量计的凝析天然气测量特性研究[D];中国石油大学;2011年
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4 吴蕾;旋进旋涡流量计的原理探讨和结构优化[D];天津大学;2004年
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7 胡岳;基于数值仿真的涡街流量传感器优化[D];天津大学;2007年
8 孙洁;火力发电厂锅炉送风流量测量方法研究[D];华北电力大学(北京);2009年
9 刘文思;槽式孔板和旋进漩涡的低含液率两相流测量特性研究[D];中国石油大学;2009年
10 李紫璇;智能水流量测试系统[D];吉林大学;2010年
【参考文献】
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【共引文献】
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9 吴延峰;苏经宇;王志涛;王威;;建筑物风荷载环境数值模拟研究[J];北京工业大学学报;2009年01期
10 李峻勤,郑奕,费仁元;胶印机墨斗体构件有限元分析及结构布局修改预测[J];北京工业大学学报;1998年02期
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1 容显政;解禾;黄宇飞;;用于环保的超声波流量计[A];2000电子产品防护技术研讨会论文集[C];2004年
2 李小仨;柳贡民;李帅军;;管路分流元件流动噪声源数值模拟[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
3 赵鸿;刘玉玲;;贴体坐标变换技术在渗流计算中的应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
4 周晓勃;周盛;;二维扩压叶栅非定常涡面分析[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
5 张华;吕志咏;孙胜东;;柱体/平板干扰非定常马蹄涡结构的PIV研究[A];第七届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2007年
6 温瑞英;刘沛清;徐南波;;鸭翼后掠角对鸭翼展向吹气增升效果的实验研究[A];第七届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2007年
7 严海;方勃;杨天智;黄文虎;;抑制POGO振动的蓄压器动力学分析[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
8 董金刚;张江;沈林强;秦永明;向星居;;亚跨超风洞彩色油流流动显示技术[A];第八届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2010年
9 余祖耀;张辉意;李宝仁;;管道非恒定流动数值模拟研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
10 王峰;鞠文涛;胡亮;傅新;;自适应FFT功率谱分析在涡街流量计中的应用[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
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1 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
2 艾尚茂;管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 林振华;障碍物对层结流体运动影响的数值研究[D];中国海洋大学;2009年
6 罗清林;抗强振动干扰数字涡街流量计信号处理方法研究与低功耗实现[D];合肥工业大学;2010年
7 张波;重载组合列车牵引及制动系统的试验与仿真研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
8 欧礼坚;船舶螺旋桨及推进装置故障诊断关键技术研究与应用[D];华南理工大学;2010年
9 胡天喜;立式同轴离心磨机磨矿理论与试验研究[D];昆明理工大学;2008年
10 胡英;混流式水轮机非定常紊流计算及性能预测研究[D];昆明理工大学;2008年
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1 孟凡茂;煤矿主通风巷道中抑制瓦斯爆炸的细水雾两相流场数值分析[D];河南理工大学;2010年
2 李连举;轴流式通风机气动噪声分布特性的数值研究[D];山东科技大学;2010年
3 马兴瑞;船舶液压舵机系统中的流体噪声控制[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孙海素;二维船用帆翼空气动力特性的数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李铁军;多级除尘器气动性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 万新超;蜂窝密封流动性能与模化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 李翔;1.5级涡轮非定常流动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 周国成;管束流致振动与噪声特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 董婧;挠性立管涡激振动的离散涡方法研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 祖伟;马修水;李桂华;;光纤光栅传感器原理与应用及其发展趋势[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年02期
2 江伟;袁芳;李跃忠;;电容式涡街流量计测量方法研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年03期
3 贾玉伟 ,张晓勤;自动化仪表发展趋势探讨[J];中外技术情报;1995年09期
4 王新;多功能智能流量积算仪的设计[J];安徽科技;1998年02期
5 扬利;涡街流量计使用现场中的校准方法研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2000年01期
6 李金良,朱志文;1.55 μm InGaAsP/InP超辐射发光二极管组件[J];半导体光电;2002年04期
7 张锦龙;余重秀;王葵如;;基于特殊结构悬臂梁的FBG温度补偿压力传感器[J];半导体光电;2008年02期
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10 王彦霞,姜长来;实验数据的表征与不确定度方法的应用[J];北京机械工业学院学报;2004年02期
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1 冀海峰;小波分析技术在两相流检测中的应用研究[D];浙江大学;2002年
2 谢少锋;测量系统分析与动态不确定度及其应用研究[D];合肥工业大学;2003年
3 鲍敏;影响气体超声波流量计计量精度的主要因素研究[D];浙江大学;2004年
4 黄咏梅;基于差压原理的涡街质量流量测量方法研究[D];浙江大学;2005年
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7 苏锋;减小流体粘性对浮子流量传感器测量影响的研究[D];天津大学;2006年
8 王肖芬;流量传感器信号建模、信号处理及系统研究[D];合肥工业大学;2007年
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10 潘峰;大跨度屋盖结构随机风致振动响应精细化研究[D];浙江大学;2008年
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1 雷俊;基于虚拟仪器技术的机器视觉系统研究[D];西北工业大学;2001年
2 吕军;基于虚拟仪器技术的工业视觉检测系统[D];暨南大学;2003年
3 唐燕杰;测量系统不确定度评定[D];合肥工业大学;2003年
4 杨军;双钝体涡街流量计的试验研究[D];浙江大学;2003年
5 王波;光纤涡街流量计的研制[D];北京化工大学;2004年
6 史风栋;新型数字涡街流量计的研究[D];天津工业大学;2005年
7 钟斌;天然气现场智能旋进式旋涡流量计的设计研究[D];西南农业大学;2005年
8 方翔;超声波气体流量计的研制[D];华中科技大学;2004年
9 吴蕾;旋进旋涡流量计的原理探讨和结构优化[D];天津大学;2004年
10 魏鸣;基于两种常规仪表的湿气流量测量技术研究[D];天津大学;2004年
【二级引证文献】
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1 孙志强;张宏建;;涡街流量计信号的高阶统计量特征[J];传感技术学报;2007年07期
2 孙志强;张宏建;;涡街流量计信号能量的功率谱式表征与应用[J];传感技术学报;2007年08期
3 郑德智;王帅;樊尚春;;涡街流量传感器信号处理方法研究[J];传感技术学报;2009年01期
4 周磊;耿卫国;朱子环;李志刚;;低温涡街流场特性数值仿真研究[J];低温工程;2010年06期
5 项银杰;孙志强;张宏建;;涡街流量计安装方式对其测量性能的影响[J];电站系统工程;2007年02期
6 许文达;张涛;毕英;刘伟光;辛龙海;;气体可压缩性对涡街流量计计量性能影响分析[J];电子测量与仪器学报;2013年09期
7 王慧;黄咏梅;;带狭缝圆柱钝体流量测量特性研究[J];传感技术学报;2013年12期
8 孙志强;郭洁;张宏建;周孑民;;涡街流量计测量气液混相流的不确定度[J];化工自动化及仪表;2008年03期
9 王野牧;王秀梅;李壮;;基于图像识别技术的航空发动机喷嘴雾化特性研究[J];机床与液压;2010年23期
10 邢娟;张涛;齐利晓;;气体涡街流量计不同密度下流量特性的试验研究[J];计量学报;2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 罗清林;抗强振动干扰数字涡街流量计信号处理方法研究与低功耗实现[D];合肥工业大学;2010年
2 汤亮;基于综合效益评价的陶瓷产品全生命周期理论研究及应用[D];武汉理工大学;2010年
3 林晓琳;光纤式涡街流量测量技术的研究[D];燕山大学;2011年
4 王雪峰;基于时差法气体超声波流量计的关键技术研究[D];大连理工大学;2011年
5 孙志强;基于涡街特性的流动分析与参数检测[D];浙江大学;2007年
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7 陈洁;宽量程涡街流量计信号处理方法及其实现技术的研究[D];上海大学;2010年
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1 王文辉;大管径管道流量测量方法研究[D];华北电力大学(北京);2011年
2 王地;基于参数自适应差分进化算法的用水网络优化[D];华东理工大学;2011年
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5 署赵滨;槽式孔板与旋进漩涡流量计的凝析天然气测量特性研究[D];中国石油大学;2011年
6 徐朋霞;基于盲分离技术的凝析天然气测量数据处理[D];中国石油大学;2011年
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10 王敏;光纤涡街流量计的原理与结构设计[D];吉林大学;2007年
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中国期刊全文数据库 前10条
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3 陈洁;宽量程涡街流量计信号处理方法及其实现技术的研究[D];上海大学;2010年
4 俞接成;脉冲流动和壁面振动传热研究[D];清华大学;2005年
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4 林晓琳;基于光频率调制原理的光纤涡街流量计的研究[D];燕山大学;2006年
5 王志峰;交流液压实验台的研制与实践[D];燕山大学;2010年
6 黄勇辉;聚丙烯粉料挤出机冷却系统减振技术研究[D];华东理工大学;2012年
7 钟斌;天然气现场智能旋进式旋涡流量计的设计研究[D];西南农业大学;2005年
8 施荣理;标准表达气体流量标准装置的研制[D];华东理工大学;2012年
9 程宁;基于射流振荡的微小尺度下流量测量方法研究[D];中国计量学院;2012年
10 林磊;管道流固耦合振动的行波方法研究[D];西北工业大学;2005年
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