超声流量计探头安装位置对测量影响数值仿真研究

超声流量计非实流标定方法中一个尚待解决的问题是超声探头安装位置对流量测量的影响,该问题始终制约着超声流量计非实流标定技术的发展.为解决这一难题,提出利用计算流体动力学数值仿真来研究这一问题的方法.基于实流试验获得超声流量计探头位置对其测量结果的定量影响,并将其作为数值仿真依据,探索仿真模型建立方法;在验证数值仿真方法的基础上对超声探头的两个典型安装位置--全伸和全缩进行研究;通过分析流场流动机理、各声道速度分布以及探头处的流场变化,最终获得探头安装位置对流量测量的影响规律以及产生的测量误差.两个安装位置相比,探头全伸比全缩测量效果更好,即推荐探头全伸为超声流量计探头最佳安装位置.     

单弯管下游超声流量计的安装和测量性能研究

对大管径多声道超声流量计在单弯管下游流场中的安装和测量性能进行了数值仿真研究,分析了超声流量计在0.1 m、1 m和10 m口径下不同流速、声道数、旋转角以及前直管段长度时测量误差的变化规律。仿真结果表明,交叉声道布置形式对弯管产生的二次流所引入的横向测量误差有很好地抑制作用;对于大口径弯管下游流量测量,采用交叉4声道且将超声流量计安装在弯管下游5D位置可以获得1%的精度,且随着声道数的增多测量误差有减小的趋势;相同雷诺数时的测量误差基本相同。研究结果可为大管径多声道超声流量计的实际安装和使用提供一定的参考。     

斜插式超声流量计探头插入深度影响实验研究

研究了DN500和DN1000口径斜插式超声流量计探头安装位置影响误差,针对凸出、相切和凹陷3种探头安装位置分别进行了实验研究.得到了不同探头安装位置对流量计流量测量引入的误差,分析了探头影响误差的来源,深入剖析了流量计表体大小及声道数与探头安装位置引入误差的关系.通过分析给出按照相切位置安装探头的流量计不需进行探头位置影响误差修正,按照凸出位置安装的流量计可以使用修正公式进行修正,修正后流量误差接近于零.凹陷探头修正声道范围影响误差后,流量测量误差变为正值,其探头流场扰动影响需要积累较多数据后根据经验进行修正.     

超声流量测量中换能器对流场扰动机理研究

超声流量计从原理上讲是可以实现非实流标定的一类流量计,但目前国内外仍未普遍推行该技术的一个重要原因是超声换能器对流场扰动影响的研究尚需深入,特别对于中、小口径超声流量计,换能器对流场的扰动作用、对测量精度的影响更为严重。利用计算流体力学数值仿真方法研究换能器对流场的扰动机理,前期已通过实流试验验证仿真方法正确性,在此基础上重点分析DN100超声流量计分别在单面、交叉1、2、4六种声道布置形式下,换能器插入深度对流速分布、测量误差的影响规律。研究结果表明,换能器对流场的节流作用使得采用交叉声道布置形式、换能器全部插入管道时的测量效果最好,测量误差最小;随着布置声道数目逐渐增多,换能器对测量误差的负向影响越大。     

基于神经网络的多声道超声气体流量计研究

在以弦向声道布置的多声道超声气体流量计原理的基础上,采用Gauss-Legendre数值积分和线性神经网络相结合的方法完成自适应调整权系数的多声道超声气体流量计建模。在建模过程中,根据Legendre正交多项式的节点值,计算多声道超声换能器的位置分布值,再按照Widrow-Hoff学习规则,由leanrwh函数求解出各声道的层流流速和权系数值表,最后根据实时测量出的层流流速,通过插值算法自适应匹配一组最佳的权系数值,计算出流速和流量值。并以4声道交叉布置方式的超声气体流量计为例,进行测量误差仿真实验和物理实验,误差均能满足实际测量要求。     

超声波流量计反射声道测量精度的数值模拟

为找到天然气输送过程中超声波流量计的误差来源，从气体流速分布角度分析超声波流量计反射声道的测量精度影响，根据工艺流程，建立管道模型，利用计算流体力学方法，获得管道内流场分布，分析了90°弯头和三通下游流速分布情况，以速度分布校正系数（k系数）的变化随雷诺数变化越小的声道测量精度越高作为衡量声道测量精度的方法，在90°弯头下游40D处分析了反射声道类型、声道分布方式以及声道入射角度对声道测量精度的影响。研究结果表明：（1）单反射和三反射的k系数稳定性优于双反射；（2）反射声道分布方式中k系数的稳定性，单反射2、4优于单反射1、3，双反射3优于双反射2、4优于双反射1，三反射2优于三反射1;(3)声道入射角度对单反射2、4和双反射1及三反射2的k系数稳定性几乎无影响，而对双反射2、4影响较明显。结论认为，该研究结果可为反射型超声波流量计的声道提供更合理的选择。     

探头扰流对多声道超声波流量计测量结果影响研究

为了研究探头扰流对高精度多声道超声流量计测量结果影响的机理，基于计算流体力学数值仿真技术对超声波流量计内部三维流场进行仿真，并对探头附近流场进行分析。提出了一种用8个面的平均速度替代声道位置平均速度的数据提取方法，适用于扰流对测量结果影响的定量分析。对比未带扰流和带有扰流的仿真模型，结果表明：探头处的扰流对积分结果带来的最大误差为0.60%。用K系数修正消除系统误差后，得到因探头扰流引起的最大积分误差为0.16%。     

超声波气体流量计检测精度影响因素分析

在天然气的管道运输过程中,提高气体流量测量的精度是提高运输效率、避免安全事故发生的关键技术。利用流体力学仿真（CFD）方法建立组合双弯管及变径管道模型,定量计算修正系数,对双声道超声波流量计结构和安装位置对于管道内气体速度场的影响进行研究。通过仿真得出超声波流量计的最优声道位置,并结合实验验证了仿真结果的可信性。模拟结果表明,双弯管和变径管与超声波流量计的安装位置至少为10D才能保证流体充分流动;通过修正系数随雷诺数的变化情况得出双声道超声波流量计的最优声道位置为距管道截面中心0.25D处。研究结论对于不同性质气体的流量检测同样适用,为工业中气体运输检测精度的提高以及超声波流量计的优化提供了依据。     

基于CFD的超声波流量计最优声道位置研究

时差法超声波流量计圆形管道内不同声道位置上流体平均流速与管道截面平均流速的关系已被广泛研究,但是对于非圆形测量管体尚缺乏相应报道.本文针对某种方形管道,采用计算流体动力学(CFD)方法获得管道内的流场分布,进而通过数值计算得到时差法超声波流量计不同声道上K系数(即超声波传播路径上流体平均流速与管道截面流体平均流速之比)随雷诺数的变化关系,并选取K系数随雷诺数变化最小的声道作为最优声道,研究结果有利于简化流量补偿计算.     

气体超声流量计声道的设计与应用

介绍气体超声流量计的组成、工作原理以及声道设计原理,着重分析和阐述了声道的形式和数量对流量测量精度的影响,以及不同声道组合形式对应用条件的要求,为产业化设计和应用提供了依据。     

连通管式位移测量系统的液位振荡特性

针对动态测量时连通管式位移测量系统中的液体振荡会影响构筑物位移测量的精度,建立了三通道连通管模型,推导了连通管内液位振荡的微分方程,据此进行了仿真分析,得到了液位的振荡特性,并进行了验证试验。试验结果表明,连通管液位振荡模型能描述连通管内液体的振荡特性,只需对测量系统进行优化设计,就可有效地消除液位振荡。     

弯管流动的非均匀性及其整流

利用RSM湍流模式和贴体无结构网格,对三维弯管的流动进行了数值模拟,并利用三维激光测速仪(LDV)对流动进行了测量,数值模拟的结果同试验吻合较好。针对流动的非均匀性提出了双环结构的整流装置,并对该整流装置进行了数值模拟和试验,表明该装置能对气流进行很好的整流,使流动在弯管下游很快变得均匀和稳定。     

弯管冲蚀失效流固耦合机理及数值模拟

针对流体输送管道失效研究中存在的问题,主要研究腐蚀与流体流动的交互作用对管道冲蚀破坏的作用机理。建立流固耦合数理模型,推导出在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler, ALE)描述下的粘性流体N-S方程和腐蚀产物保护膜固体区域的控制方程,分析管壁边界层多相流介质流动与腐蚀产物保护膜破损之间的耦合作用。以弯管的冲蚀失效为例,结合弯管的结构特性、多相流的物性参数,运用ANSYS有限元分析软件,采用物理环境顺序耦合法进行流固耦合数值模拟,分析管壁腐蚀产物保护膜的变形程度和受力状态,判定弯管冲蚀破坏的危险区域和失效趋势;现场测厚数据与仿真计算结果基本吻合,验证仿真计算的可靠性和可行性,该方法可用于管道输送系统的风险预测、安全评估和工艺改造。     

冷却塔风筒内流速场分布的研究

在分析冷却塔构成的基础上，建立了描述冷却冷却塔风筒内流场分布的数学模型，进而利用MATLAB语言求出了偏微分方程组的数值解，绘出了风筒内的流场。经研究发现，在风筒的中心处，存在一个空气倒吸的区域。最后，提出了消除空气倒吸现象的措施。     

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析.理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修止系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义.     

Flow pattern identification for gas-oil two-phase flow based on a virtual capacitance tomography sensor and numerical simulation

Gas-oil two-phase flow is widely encountered in oil exploitation and transportation pipelines. It's complex and transient changes of flow regimes present a great challenge for accurate and real-time measurement. As a non-invasion and real-time measuring method, electrical capacitance tomography (ECT) is suitable for the transient measurement of non-conductive gas-oil flow. However, the highly random and nonlinear nature of multiphase flow make it difficult and limited to investigate the flow parameters based on either static or dynamic measurement. In this research, the whole process of dynamic measurement of ECT applying in gas-oil two-phase flow is thoroughly studied, including simulation calculation, experimental validation and comprehensive data analysis. A simulation approach by coupling the flow and electrostatic field is proposed based on a virtual ECT sensor, in order to monitor the gas-oil two-phase flow characteristics. Based on FLUENT and COMSOL platform, the numerical simulation under six typical flow patterns in a horizontal pipe is carried out. Combining the visualized image generated by ECT measurement and the theory of flow pattern transition, the formation mechanism and structural characteristics of different gas-oil flow patterns are analyzed in detail. Furthermore, this research attempts to analyze the signal fluctuation characteristics caused by flow pattern change, in order to access more in-depth flow information implied in the original capacitance data, via time-series analysis as well as frequency domain analysis based on Flourier Transform. At last, a series of dynamic experiment is conducted to verify the feasibility of the simulation and data analysis approach. The experiment focuses on the flow pattern transition, gas-liquid dynamic characteristics and noise influence in the actual process. It can be concluded from the results of simulation and experiment tests, combining the visualized images and the dynamic characteristics of capacitance signals can make it more effective and intuitive for flow pattern identification, which might be used for the online measurement in real-industry process.     

板式脉动热管强化传热方法研究

为了研究板式脉动热管的传热性能强化的方法,对原型和改进型两种不同板式脉动热管传热特性进行数值分析比较。基于VOF方法建立板式脉动热管汽液两相流动及相变传热三维非稳态数学模型,仿真得到不同加热功率条件下热管内流型演化和温度分布。仿真结果表明,改进型脉动热管在高功率阶段,整体等效热阻小于原型。     

用于微量化学分析芯片的微型无阀泵流动特性分析与测试

从理论计算、流场仿真和试验三方面研究了用于微流控化学分析芯片的微型无阀泵流动特性 ,初步建立了微型无阀泵流道结构的数学模型 ,重点讨论了结构参数的选取原则及相应的流动阻尼系数的计算方法 ,采用 Matlab针对该数学模型进行了数值计算 ,并进行了 CFD仿真对计算结果进行对比及修正 ,最后通过试验验证了数值计算与仿真的可靠性 ,为微型无阀泵参数化设计及优化提供了理论依据及经验曲线。     

静电传感器对滑油系统磨粒 电量测量方法研究

根据静电感应原理,磨粒出现在空间不同位置时,静电传感器电极感应到的电荷量相差很大,由于磨粒出现的位置是未知的,因此很难精确测量磨粒的带电量。借助数学模型,对传感器输出信号与磨粒的关系进行仿真分析。由仿真结果可知,信号的幅值与磨粒携带的电荷量以及磨粒在传感器中所处的径向位置有关;而在已知管道中滑油流速分布的情况下,脉冲宽度只与径向位置有关。提出了通过脉冲宽度确定磨粒所处的径向位置,根据传感器在该径向位置处的灵敏度获得比较准确的磨粒带电量的测量方法。通过带电油滴模拟磨粒,对该方法进行实验验证,实验结果与仿真分析结果基本重合,该方法的测量结果与通过静电计测得的结果相比,误差不超过5%。     

翅片热板散热器的传热数值模拟研究

采用有限元法,应用ANSYS软件的热分析功能对翅片热板散热器的传热性能进行了数值模拟,并计算出该散热器表面的瞬态温度变化曲线,与实验测试结果吻合得较好.最后的研究结果表明:所研制的新型功率电子元器件翅片热板散热器散热性能良好,具有良好的启动性能和等温性能.