文档介绍：浙江大学
博士学位论文
旋涡型流体振动流量计流体振动特性仿真及实验研究
姓名:彭杰纲
申请学位级别:博士
专业:机械电子工程
指导教师:陈鹰;傅新
20030501
状,确定以其发展前途的流量计之——旋涡黧流体振动型流量计胁土髁考内容提要淀中旋遴旋灞滚量诗流体振动特谯,著在霓綦磁上提塞基予⒃挑匀柬笆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,“液压元件媳型激振流场控制理论与方法”款资魏。旋满型流体振动流量计是拳魈逶谔囟鞯捞跫陆Χ辈勇次姓荡,而且其振荡频辩与流速成比例这种规律来测量流量的流髓计。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。这类的流髓计兼有无运动部俘,脉狰数字输出,诗量不受被测滚髂性质影响,浏量准确发较赢,量程魄宽,无零点漂移,压力损失小,便于安装维护等霞煮,蹩溺量气俸,液体,蒸汽,混合型和腐蚀性流体的理想的流量计。但是这类流鬣计存在的三大缺陷,至今没有得到很好解决:①小流擞信噪比低,⑨抗干扰性能麓,③传感器寝面粘滞对检测灵敏度的负蕊影响。零谂文锋霹旋滏灌滚薅振动滚鲎诗枣滚量糖溱魄羝饔羲予挠萑麓差等麓蘧,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,系统地研究了旋涡毅流体振动流髓计的流体振幼特性。研制出比传统单钝体涡街流量计流量下限降低约%的新趔双钝体涡衡流量计;揭示鼢咏动字信号处理方法来漓除流场脉动辩旋迸旋漏流疑计的于挠的方法。有关餐辈走容分述如下:论文第一章以大量的国内外文献为基础,套面综述了流擞计的发展历史和现和旋避旋满滚量诗乍秀研究内容。分绍了蕤满整流薄振动滚量诗在一次仪表莘霹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溅论和键穆髂绕滚懿诗冀滚髂力学方法逡纾了蘑逮。建立了萃甓薅瑟瑟链霹瀵黉流量诗的物瓒模型和数学模型,应用纂予有限体积法的软件对单钝体扛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涡餐增强满街强发、提毫涡街浚量诗豹售嗓魄,遂瑟降低溺舞渡量诗熬流量下限静方法。为实验磷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、实验流爨计的设计以及检测元件的选用等作了众面分析。在自行设计制造的流量计的实骏装置上对双钝体涡街流量诗进行了系统疆究。分别对不同组合双钝体诱发卡门涡街熬数特注、溺锈强度、漏餐羡复稳定毪、基力菝失穗愁遗行了实验磷究。然盖逶逡大量实验和理论分析给出双钝体涡街流量计的设计准则:当管径为厶逍巫次H角形,则钝体设计参数为:,。按照该参鼗凌谤窭熬襻撬,茭溅量壤度≤ィ馗词%,滚量下羧与萃键搭滋尝滚量计稠院下降约%。实验和仿冀结果对比表明:其中仿真所预测的双钝体强亿
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耦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认嗖畹奶匦院土魈迓龆谥岫猿点上脉动压力相差为零的特征,提出基于辔慌斜鸬男辛髁考瓶沽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,本文成功地将际鹾褪笛榱魈辶ρХ椒ㄓτ糜谛滦退ǘ厶涡街流量计的研究,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。关键词:流体振动特性,流体振动型流量计,双钝体涡街流量计,旋进旋