射流流量計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、射流流量計(jì)利用附壁效應(yīng)附加反饋通道產(chǎn)生流體振動(dòng)，在較寬流速范圍內(nèi)，振蕩頻率與流量呈線性關(guān)系。射流流量計(jì)因其理論計(jì)量下限極低而具有廣泛的應(yīng)用前景，但現(xiàn)有的射流流量計(jì)在工程應(yīng)用中表現(xiàn)出一些不足：計(jì)量下限比理論上高得多；信噪比較低；缺少用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這些不足限制了它的應(yīng)用范圍。 本論文針對(duì)現(xiàn)有射流流量計(jì)計(jì)量下限高、信噪比較低等問(wèn)題，對(duì)射流交替誘發(fā)流體振動(dòng)進(jìn)行了基礎(chǔ)理論及設(shè)計(jì)方法研究，設(shè)計(jì)出具有垂直引流流道及

2、雙出口結(jié)構(gòu)的射流流量計(jì)，并在此基礎(chǔ)上完成了射流流量計(jì)的樣機(jī)研制和性能試驗(yàn)，建立了射流流量計(jì)結(jié)構(gòu)形式、尺寸參數(shù)及性能優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 論文提出了以垂直引流流道結(jié)構(gòu)提高射流流量計(jì)抗干擾性能的設(shè)計(jì)方法，該方法將流體振動(dòng)平面和管道軸線置于不同平面內(nèi)，以降低上游管道內(nèi)流量壓力脈動(dòng)對(duì)射流振蕩器內(nèi)部流場(chǎng)的干擾，使流體能夠在低流速下產(chǎn)生穩(wěn)定的射流附壁和交替振蕩，提高了抗干擾性能，降低了射流流量計(jì)的計(jì)量下限；提出了雙出口結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，提高了射流振

3、蕩器的切換性能和附壁穩(wěn)定性，增強(qiáng)了反饋通道內(nèi)的壓力信號(hào)，在降低計(jì)量下限的同時(shí)提高信噪比。 第1章以大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研為基礎(chǔ)，介紹了射流理論的概況、射流技術(shù)的控制特性和優(yōu)缺點(diǎn)、流量計(jì)的發(fā)展歷史、分類和現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上介紹了射流流量計(jì)的背景、特點(diǎn)及應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了了射流流量計(jì)的性能優(yōu)勢(shì)和工程應(yīng)用中所表現(xiàn)出來(lái)的不足。為了解決射流流量計(jì)所存在的問(wèn)題，提出了本課題針對(duì)射流流量計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究。同時(shí)介紹了流動(dòng)數(shù)值計(jì)算的背景、特點(diǎn)以及在流體

4、力學(xué)理論研究和工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用。最后，提出了本課題的方案背景、研究意義和研究的主要內(nèi)容。 第2章對(duì)射流理論進(jìn)行了深入而系統(tǒng)的研究。針對(duì)自由淹沒(méi)平面湍射流，采用κ-ε湍流模型對(duì)流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與模擬，分析了射流內(nèi)部流場(chǎng)的分布特征；采用大渦模型對(duì)射流中的擬序結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，模擬了射流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)中的大旋渦結(jié)構(gòu)和旋渦配對(duì)現(xiàn)象，分析了這些旋渦的產(chǎn)生、合并和消亡過(guò)程對(duì)射流沿軸線方向發(fā)展的影響，揭示了射流的本質(zhì)機(jī)理。 第3章對(duì)射流的附壁效

5、應(yīng)進(jìn)行了深入的研究。建立了射流附壁的數(shù)學(xué)模型，研究了碰撞角度及附壁點(diǎn)位置與幾何尺寸及物理參數(shù)的關(guān)系，控制噴嘴的尺寸、控制流的流量及壓力對(duì)射流附壁的影響；采用流動(dòng)數(shù)值計(jì)算的方法，研究了射流附壁和切換過(guò)程中流場(chǎng)的分布變化情況，研究了分流劈對(duì)流量恢復(fù)、壓力恢復(fù)、附壁穩(wěn)定性及切換靈敏性的影響。 第4章對(duì)射流流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，包括射流振蕩器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，及與之相匹配的內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其中針對(duì)現(xiàn)下射流流量計(jì)所表現(xiàn)出來(lái)的性能不足

6、，提出了采用垂直引流流道及雙出口結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式。根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，建立了用于數(shù)值研究和實(shí)驗(yàn)研究的射流流量計(jì)結(jié)構(gòu)模型，分析研究了射流流量計(jì)中斯特勞哈數(shù)的影響因素和壓力損失影響因素等。 第5章建立了用于射流振蕩器流動(dòng)數(shù)值計(jì)算的控制方程和仿真模型，對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，模擬了射流附壁與交替切換振蕩現(xiàn)象，研究了流場(chǎng)分布變化規(guī)律，揭示了射流交替誘發(fā)流體振動(dòng)的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上研究了射流振蕩器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)射流振蕩器性能及斯特勞哈數(shù)的影響，進(jìn)而

7、對(duì)射流流量計(jì)性能的影響。建立了射流振蕩器結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 第6章對(duì)射流流量計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。建立了射流流量計(jì)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，依據(jù)射流流量計(jì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)了射流流量計(jì)樣機(jī)，對(duì)其進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了射流交替誘發(fā)流體振動(dòng)的可行性，以及流體流速與振動(dòng)頻率的線性關(guān)系，研究了壓力損失與流速之間的關(guān)系。對(duì)射流流量計(jì)樣機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)射流流量計(jì)性能的影響。比較了本論文所設(shè)計(jì)的射流流量計(jì)與普通射流流量計(jì)的