基于數(shù)值仿真與PIV的楔形流量傳感器流場研究.pdf

1、數(shù)值仿真是研究流量測量儀表的重要手段。數(shù)值仿真與實流流場的一致性一直是該領(lǐng)域科研人員不懈努力追求的目標。實流流場信息的獲得，必須依靠先進的流場觀測技術(shù)。粒子圖像測速技術(shù)（PIV）是近些年出現(xiàn)的一種流場觀測新技術(shù)。很多科研人員將數(shù)值仿真與PIV實驗觀測相結(jié)合，在驗證數(shù)值仿真與實流流場一致性的同時，進一步揭示流場內(nèi)部流動機理。本論文將數(shù)值仿真、PIV實驗觀測和流量測量實驗相結(jié)合，以楔形流量傳感器流場為平臺，提高了數(shù)值仿真準確性，揭示了流場流

2、動細節(jié)特征。
　　基于混合層流動的簡化湍流模型，對雷諾應(yīng)力封閉方程進行了研究。將湍流模型中的參數(shù)a1與分離流動物理機理聯(lián)系起來，得到參數(shù)a1對仿真結(jié)果的影響。以3種分離流場為例，驗證理論分析結(jié)論。基于非線性渦黏性理論，利用FLUENT軟件中的UDF技術(shù)，對湍流模型經(jīng)驗參數(shù)進行優(yōu)化。
　　通過PIV實驗觀測，得到流場流線圖、回流區(qū)長度、渦心位置、回流區(qū)邊界等流場時均流動信息。獲得流場統(tǒng)計量平均結(jié)果。通過分析流場數(shù)據(jù)，獲得流場瞬

3、態(tài)流動情況，揭示楔形流量傳感器流場中楔形下游渦旋脫落、發(fā)展和消失的全過程。將PIV實驗結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果進行對比，優(yōu)化湍流模型參數(shù)a1的設(shè)置，使流場回流區(qū)長度的數(shù)值仿真結(jié)果與實流流場更符合。
　　將數(shù)值仿真與PIV實驗相結(jié)合。對5種截面的楔形流量傳感器流場進行數(shù)值仿真計算，與PIV實驗結(jié)果進行對比，得到不同湍流模型對流場仿真的影響；分析了參數(shù)變化對數(shù)值仿真的影響。通過數(shù)值仿真，彌補PIV實驗觀測的局限性，詳細說明楔形下游流向二次渦

4、流動對回流的影響。通過對比數(shù)值仿真和PIV實驗觀測的流線圖，說明參數(shù)修正對數(shù)值仿真的重要性。
　　基于數(shù)值仿真和PIV實驗觀測結(jié)果，提出7種楔形流量傳感器，并進行流量測量研究。得到流出系數(shù)、重復(fù)性等流量測量性能參數(shù)。綜合比較數(shù)值仿真結(jié)果、PIV實驗觀測結(jié)果和流量測量實驗結(jié)果，驗證數(shù)值仿真和PIV實驗觀測對流量測量結(jié)果預(yù)測的一致性。得到一種線性度和重復(fù)性均較好的楔形阻流件截面形狀。基于流場分析，通過數(shù)值仿真和流量測量實驗，對楔形下游