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降低涡轮流量传感器粘度变化敏感度的研究

孙立军

  涡轮流量计是一类非常重要的流量测量仪表,因其特有优点,而广泛应用于多个领域。流体粘度变化是影响涡轮流量计特性的主要因素之一。降低粘度变化对涡轮流量计的影响,对提高涡轮流量计测量精度和拓展其应用领域具有重要意义。本论文从优化涡轮流量传感器设计结构与几何参数的角度出发,从根本上降低其对粘度变化的敏感程度。本论文主要完成以下工作: 1.深入分析了粘度变化给涡轮流量传感器特性带来的影响、粘度影响的补偿方法、粘度变化影响传感器特性的机理、降低传感器粘度变化敏感度的措施。2.对已有数学模型的不足之处进行分析,针对高粘度流体粘性边界层对力矩计算的影响,将边界层理论与库塔-儒可夫斯基机翼理论相结合,建立了涡轮流量传感器的粘性数学模型,提高了传感器测量粘性流体时特性预测的精度。对采用不同叶轮入口速度剖面计算所得的传感器特性曲线进行了分析。将数学模型预测特性曲线与水流量试验、高粘度介质流量试验所得特性曲线进行比较,验证了数学模型的有效性。3.基于所建立的涡轮流量传感器粘性数学模型,提出了传感器叶轮几何参数的优化方法,并在理论上获得了粘度不敏感涡轮流量传感器的叶轮几何参数。对传感器叶轮的轮毂结构进行分析,提出了具有空心轮毂的叶轮结构,多粘度介质流量试验表明降低了传感器的粘度变化敏感度。对永磁磁轴承的5种数学模型进行了比较研究,从而提高了特性计算精度。在分析已有磁轴承涡轮流量传感器结构的基础上,提出了采用两个轴向磁化径向磁轴承结合两个球头轴尖支撑的磁轴承涡轮流量传感器结构,并进行了理论分析和参数计算。4.通过环行通道流场二维数值仿真,研究了叶轮入口处速度剖面随流体粘度、传感器入口速度剖面的变化。分析了前导流件结构,比较了不同前端形状圆柱体的整流作用,并通过前导流件尾端轮毂形状突变控制叶轮入口速度剖面随流体粘度的变化。提出了利用计算流体力学(CFD)软件(FLUENT)进行涡轮流量传感器仪表系数预测的方法。对涡轮流量传感器内部流场进行了三维数值仿真,揭示了传感器内部的流动规律,提出了传感器结构优化的建议。……   
[关键词]:涡轮流量传感器;流体粘度变化;粘性数学模型;结构优化;空心轮毂叶轮;永磁磁轴承;流场数值仿真
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:天津大学2004年
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