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孔板流量测量装置异变流场在线诊断与修正

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第一章 绪 论

1.1 孔板流量计概述

1.2 孔板流量测量系统研究的发展、现状及问题

1.3 CFD应用于孔板流场的研究现状

1.4 课题的提出与内容及创新点

第二章 孔板流场的仿真计算与网格划分

2.1 孔板仿真的物理模型

2.2 网格优化措施及结果

2.3 本章小结

第三章 孔板流场的仿真研究

3.1 孔板流场的稳定性

3.2 孔板流场中差压比值因子的定义

3.3 本章小结

第四章 异变流场的仿真研究

4.1孔板磨损异变流场的研究

4.2 孔板淤积异变流场的研究

4.3 本章小结

第五章 孔板故障诊断与测量值修正的实现

5.1 基于异变流场的故障在线判断与修正

5.2 磨损后孔板修正及诊断算法

5.3 标准孔板淤积的故障诊断

5.4 本章小结

第六章 基于颗粒运动的两相流仿真优化

6.1 孔板两相流仿真优化的目的

6.2 气固两相流建模仿真与算法原理

6.3 通用DPM模型的分析与优化策略

6.4 通过UDF实现DPM模型的优化

6.5 模型优化前后仿真对比与实验验证

6.6 本章小结

第七章 孔板结构优化

7.1 孔板结构优化的意义

7.2 孔板流出系数影响因素

7.3 结构优化方案与仿真分析

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

孔板流量测量装置在工业生产中应用非常广泛,然而在实际使用中,常常发生入口直角边缘磨损和上游淤积这两种典型的故障工况,造成流出系数改变,令测量值不准确。为解决这一实际问题,本文完成了孔板故障在线诊断与修正工作。
  因故障工况与正常工况相比较,流场发生了异变。首先对孔板Fluent仿真模型的建立方法,Gambit网格划分与优化方案,进行了研究。然后,对孔板下游流场的后台阶旋涡进行了定量分析,确定回流区具有稳定性,并得出相关的计算数据。
  通过Fluent仿真与实流实验相结合的研究方法,定义了差压比值因子,指出了诊断测压点的意义,提出了“异变流场差压诊断法”,对孔板正常工况的流场、两种常见故障工况的异变流场,进行了旋涡稳定性研究、诊断测压点位置选取,差压比值因子的稳定性、分辨率和变化趋势的研究。从而在线地用差压比值因子来判断故障的种类,计算故障程度以及修正流量测量值。
  通过旋涡稳定性的分析,给出了不同β值的孔板诊断测压点优化选取的要求,对诊断算法进行了实流实验验证,算法的精确度在1.0%之内。
  在孔板的流体测量中,为了使含有固相颗粒工况,也包括气固两相流的孔板测量,为更准确地避免颗粒物沉降淤积,对通用多相流DPM模型进行了优化研究,指出通用模型改进优化的四项措施,即从气相速度入口模型,颗粒阻力模型,颗粒壁面碰撞模型,颗粒所受各个力的合理取舍四个方面进行优化。通过调用Fluent宏命令并编制相关程序,导入自定义UDF功能模块,嵌入到Fluent仿真中实现改进与优化。实验已经验证优化DPM模型的准确性明显优于通用DPM模型,仿真模拟与实流实验的对比,多方面证明优化是成功的。模型优化的方法具有通用性,优化策略也适用于液固两相流工况。
  通过仿真计算,探讨了几种孔板结构改进的措施,通过对几种具有圆弧形和斜坡形过渡区的孔板的仿真比较研究,得出改进后的孔板的流出系数有所提高,降低了压力损失,并且在改进后,发生磨损、淤积等故障的可能性降低了。

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