水平式金属管浮子流量计的仿真与实验

利用基于计算流体力学的流量传感器设计方法实现了对适合安装于水平管道的特殊结构的金属管浮子流量计三维湍流流场的数值仿真研究．流场仿真所需的模型采用GAMBIT软件建立，通过FLUNT软件进行仿真，仿真过程中利用受力平衡来控制计算精度．数值仿真结果和物理实验结果比较，浮子受力平衡误差绝对值为2．01％时，流量误差绝对值为0．70％，证实了仿真结果的准确性．同时，利用流场仿真信息对流量传感器结构做了进一步的优化，解决了水平式金属管浮子流量计在大流量下的浮子振动问题．     

浮子流量计三维湍流流场的数值研究

依据湍流模式理论以及计算流体力学(CFD)，实现了对浮子流量计三维湍流流场的数值研究，提出利用“浮子受力平衡度误差分析法”控制计算精度，通过对流量计速度场、压力场的数值研究，获得浮子受力及流量计的流量值，通过数值模拟与物理实验的对比，得出模拟计算的流量最大满度误差为3．4％，平均满度误差为1．77％，而经典设计流量最大满度误差为23．7％，平均满度误差为8．9％。     

纺锤体流量计流场的数值模拟

介绍了一种新型的节流式差压流量计——纺锤体流量计,推导了差压式流量计的一般理论以及用于纺锤体流量计的具体形式,并对纺锤体流量计的流动特性进行了数值模拟.结果表明,在来流规则和畸变情况下,纺锤体等直径段部分均能很好地形成环形槽道流动,使测量重复性和精确度得到大幅提高成为可能;同时,由于完全避免了流动分离,与孔板流量计相比,压力损失与所得差压之比小得多,在高雷诺数下尤为明显.实验结果验证了数值模拟的可靠性.     

液体金属浮子流量计示值误差的测量不确定度评定

浮子流量计是基于浮子位置测量的一种变面积流量仪表,它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。气体金属浮子流量计是工业和实验室最常用的一种流量计,随着新规程JJG257-2007《浮子流量计》的颁布、实施和越来越的钢铁和化工企业对气体金属浮子流量计进行送检,笔者认为有必要单独对气体金属浮子流量计示值误差进行测量不确定度的评定。     

液体金属浮子流量计示值误差的测量不确定度评定

浮子流量计是基于浮子位置测量的一种变面积流量仪表,它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。气体金属浮子流量计是工业和实验室最常用的一种流量计,随着新规程JJG257-2007《浮子流量计》的颁布、实施和越来越的钢铁和化工企业对气体金属浮子流量计进行送检,笔者认为有必要单独对气体金属浮子流量计示值误差进行测量不确定度的评定。     

可逆式孔板流量计和可变式孔板流量计

分析了可逆式孔板流量计和可变式孔板流量计的设计原理和实验结果。前者与流体流动方向无关,后者低速流的测量精度高。高速流的压头损失较小,是具有一定实用价值的新型孔板流量计。     

瓦斯抽放管路流量测量的多孔孔板流量计性能

针对标准孔板流量计对瓦斯抽放管路直管段长度要求严格、制作成本高的问题,基于多孔孔板的结构与原理,提出采用多孔孔板流量计测量瓦斯抽放管路流量的方法。实验表明,多孔孔板流量计对直管段长度要求低,量程范围宽,线性度高,可在煤矿企业推广应用。     

应用粒子群优化算法设计锥形孔微穿孔板结构

为了改善传统厚微穿孔板吸声结构的吸声性能,用锥形孔代替圆柱形孔,提出锥形孔微穿孔板结构.在锥形孔微穿孔板结构的确定方法上采用粒子群优化算法,分别对其进行单参数及双参数优化.仿真结果表明:经单参数优化后的锥形孔微穿孔板较相同厚度的传统厚微穿孔板在特定频率范围内的最大吸声系数明显增大;经双参数优化后的结构,不仅可以增大其最大吸声系数,而且能够保持原有共振频率不变,从而为锥形孔微穿孔板的结构设计提供了快速有效的设计方法.     

测量低黏度流体介质金属管浮子流量计的仿真研究

为深入研究金属管浮子流量计的工作机理,采用计算流体力学和流体力学中湍流模式理论,对金属管流量计流场进行了数值仿真研究,获得了低黏度流体介质中浮子受力及浮子在受力平衡下的流量．数值模拟与物理实验标定数据的对比表明,模拟计算的流量最大满度误差为5．469 5％,平均满度误差为2．473 1％,说明数值仿真模型能满足金属管浮子流量计设计的需要．     

漩涡的卷吸作用对多孔孔板流量计精度的影响

为了优化多孔孔板流量计的结构、提高计量精度,结合实验、CFD仿真与射流理论相结合的方法对多孔孔板流量计计量精度的影响因素进行分析.结果表明:漩涡的卷吸作用是影响计量精度的关键因素,并得出回流通量能够表征卷吸作用的结论;多孔孔板流量计在不同的流速范围内,回流通量沿流向呈非相似性分布和相似性分布.在非相似性分布的流速区间内,流出系数C_d的重复性较差,不同多孔孔板的重复性随着回流通量的增加而增大,流出系数C_d波动较大.在相似性分布的流速区间内,流出系数C_d的重复性较好,不同多孔孔板流量计的量程范围和线性度随着回流通量的增大而降低.     

双锥流量传感器的数值模拟与优化设计

以数值仿真和实验两方面研究了一种新型的双锥流量传感器,考察了该传感器的关键几何参数即前锥角、后锥角、等效直径比及槽道长度对流出系数、线性度及相对压力损失等性能指标的影响,并预测得到了1个最优模型进行实流实验标定.采用正交实验法进行CFD数值模拟.分析结果表明:前锥角对双锥流量传感器相对压力损失、流出系数及流出系数线性度有重要的影响;后锥角则对相对压力损失有重要影响.最终实流实验验证结果与仿真计算结果具有良好的吻合度.     

孔板厚度对核电站给水流量测量精度影响的数值模拟

核电站给水流量测量精确度至关重要,为了研究核电站给水孔板厚度相关加工标准的合理性,针对孔板厚度参数变化对某核电站给水测量孔板流量计流出系数的影响问题,应用计算流体力学软件,对不同结构参数的孔板流量计进行数值模拟.得到孔板流量计的差压、流出系数以及不同模型的流场分布.结果表明:在孔板厚度(E)不发生变化,节流孔厚度(e)从6 mm变化到5 mm,孔板流量计数值模拟流出系数不断减小,变化值分别为1.840％、2.125％,实际测量流量值将偏大相同百分比的数值;当保持孔板节流孔厚度(e)不变时,改变孔板厚度(E)从11 mm变化为11.15 mm,孔板流量计流出系数变小,变化值为1.56％,同样实际测量流量将偏大1.56％.     

高压涡轮主动间隙控制引气风斗流动特性实验

高压涡轮主动间隙控制(high-pressure turbine with active clearance control,HPTACC)引气风斗流动特性将对发动机的效率和安全运转产生较大影响,为此开展HPTACC引气风斗流动特性实验。在出口背压一定状态下,通过改变马赫数和节流孔板直径,获得引气风斗的总压恢复系数等特性规律。实验结果表明:在来流马赫数较低的工况下,引气风斗的总压恢复系数约0.99,流动损失较小。随着马赫数和引气风斗流量的增大总压恢复系数下降,KD3在0.46马赫数时相较于0.19马赫数总压恢复系数下降了11%,0.46马赫数时KD3相较于KD1的总压恢复系数下降了6.5%。引气风斗在马赫数较小时出口总压沿径向分布较均匀;马赫数增加后不均匀度加大。     

孔板式锥形布浆器孔口均一性布浆的结构优化

孔板布浆器广泛用于中高速纸机流浆箱,为使其布浆流动更高效均一,需将分布元件内的涡流效应进行最小化设计。利用UG建立局部流场模型并利用CFD进行模型网格划分,然后导入FLUENT软件进行流体分析; 比较了台座式和无台座式两种孔板孔结构下的流体特征,获得流场的压力、湍流动能以及速度的分布云图等数据图。结果表明:在选取布浆口流速3 m/s、孔口直径14 mm、相邻孔间距40 mm条件下,台座式以及单孔入口处的有倒圆角的孔板孔口涡流效应明显减弱,而浆流动效率相对提高,且随着倒圆角半径增大,这种作用更加明显; 对于多孔板而言,当倒角半径增至1.5 mm时,相邻孔之间的影响较小,纸浆流体形态最好,浆料分布最均匀,较结构改进前的流动效率提高了125.78%。     

直线压缩机气体轴承的性能分析

针对直线压缩机的应用,给出了静压式小孔节流气体轴承的分析模型,运用Fluent流体数值计算软件,分析了气体轴承的几何参数和进出口压力对其承载力及质量流量的影响,并对静态和动态出口压力条件下的气体轴承特性进行了研究和比较,确定了合适的气体轴承特性参数.研究结果可用于气体轴承的设计和直线压缩机间隙密封的改善.     

工程车辆散热器的传热特性分析与结构优化

为提高某工程车辆用管片式散热器性能,提出在散热器热管外壁增加导流结构作为改进方案。首先,采用Fluent15.0对原始散热器单元体进行仿真,对比试验数据验证仿真的准确性;其次,在原始散热器单元体的热管外壁增加导流结构作为改进模型,对比改进前后散热器的综合性能;最后,分析导流结构各参数的传热特性并优化导流结构。仿真结果表明:在入口风速为2～12 m/s时,仿真结果与试验数据的压力损失和换热系数的最大偏差在5%以内;入口风速为12 m/s时,改进模型的综合评价因子高出原始模型约6.73%;导流结构的长度、半径与散热器的压力损失和换热系数成正比,而安装位置则与之成反比,结合正交试验与信噪比分析得出的最优导流结构参数为半径r=0.5 mm,长度h=3.0 mm,位置p=5.8 mm。该研究为导流结构在散热器中的应用提供了新的经验认知。     

风室压力损失对引射器流动的影响

实验测量了存在风室压损时引射器引射的二次流流量和风室压损；将测量的风室压损作为数值边界条件，利用有限体积法对存在风室压损时的引射器流动进行了三维数值模拟，并将数值和实验的二次流流量进行了对比，在此基础上，对实际运行情况下不存在风室压损时的引射器三维流动进行了数值模拟，并同存在风室压损时的流动进行了对比．结果表明，数值模拟结果与实验结果吻合较好，最大误差不超过4％，说明数值算法是合理可行的；压力损失使引射器的流动和引射流量等发生了较大变化，并且使测量的引射流量大大低于无压损时的情况。     

基于正交设计试验的双锥药型罩结构优化

双锥药型罩成形的影响因素复杂,其壁厚、上锥角、下锥角以及上锥高度占比4个参数对形成射流的特性、侵彻性能产生重要影响。基于正交设计方法分析以上因素对射流特性及侵彻能力的影响。选取双锥药型罩的以上4个参数为正交优化的4个因素,将射流头部速度、速度梯度以及有效长度作为优化时主要的评价指标,对双锥药型罩进行结构方案优化。通过分析双锥药型罩数值仿真优化结果,得到药型罩上锥角为25°、下锥角为55°、壁厚为3.5 mm、上锥占比60%时,其形成的射流具有较好的破甲效果。     

基于响应面法和正交试验的涡轮流量计优化设计

为降低流体黏度对涡轮流量计测量精度的影响,将涡轮流量计仪表系数线性度误差最小值作为目标函数,在运用计算流体力学（CFD）仿真的基础上,先通过Plackett-Burman设计筛选结构参数,并根据几何结构对目标函数的影响将其划分为两个等级,即显著影响因素和次显著影响因素;再通过Box-Behnken设计及响应面法对显著影响因素进行优化设计,分析结构参数间的交互作用,得到参数的最优设计点;最后在响应面分析基础上通过正交试验对次显著影响因素进行优化设计,得到最优参数组合。对最优参数组合的涡轮流量计进行试验研究,试验结果与CFD计算值吻合,仪表系数线性度误差由1.71%下降至1.59%,表明优化后的涡轮流量计测量精度得到了显著提高,基于响应面法和正交试验的优化方法可以用于涡轮流量计的结构设计。