影響水流量標準裝置性能的關鍵問題研究.pdf

1、流量計量是計量科學技術的重要組成部分，流量的準確測量對提高產品的質量與產量，保障生產安全，改進操作工藝，改善生產條件及科學實驗等方面具有重要意義。作為流量單位量值統(tǒng)一與傳遞的標準，流量標準裝置的研究、建立和應用在國內外引起普遍重視。在流量標準裝置中，水流量標準裝置的使用最為廣泛，很多流量計量的理論研究、原理實驗以及流量儀表的檢定都是在水流量標準裝置上進行的?？梢姡髁繕藴恃b置性能的好壞，對流量儀表計量的準確性及流量量值的統(tǒng)一性將產生直

2、接影響，因此對影響水流量標準裝置性能的關鍵問題展開研究十分必要。
　　從水力學角度來說，水流量標準裝置的性能主要受到穩(wěn)壓容器、閥門、彎管、及變徑管道等局部阻力件處水流特性的影響。因此本文在對這些影響水流量標準裝置性能的水力學問題進行論述的基礎上，采用理論分析和數(shù)值模擬方法對穩(wěn)壓容器動態(tài)響應及結構特性、閥門關閉過程中產生的水擊現(xiàn)象及彎管內流動特性等進行了研究，為水流量標準裝置的設計和運行提供了一定理論依據(jù)，具體有:
　　基于流

3、體網(wǎng)絡法建立了橫隔板式穩(wěn)壓容器的數(shù)學模型，并用matlab進行動態(tài)仿真，計算了不同工況下穩(wěn)壓容器的插入損失和傳遞損失，并以此二者為指標對所設計的橫隔板式容器的穩(wěn)壓效果進行了評價。結果表明:橫隔板穩(wěn)壓容器對高頻壓力脈動的衰減效果較好;穩(wěn)壓容器內氣體腔室體積的變化對穩(wěn)壓效果能夠產生影響，可以通過改變其工作體積，使穩(wěn)壓容器達到較好的衰減效果;穩(wěn)壓容器的安裝位置對穩(wěn)壓效果也會產生影響。
　　采用CFD數(shù)值計算方法對豎隔板式穩(wěn)壓容器的結構特

4、性進行了研究。為實現(xiàn)瞬態(tài)工況下穩(wěn)壓容器內脈動流場的準確模擬，建立了包含穩(wěn)壓容器、管路和水箱的整體流道模型，使用用戶自定義程序UDF(UserDefinedFunctions)編寫了入口流量脈動信號，并采用VOF多相流模型對氣液界面進行跟蹤，計算得到了不同工況下穩(wěn)壓容器出口處的流量波動系數(shù)。進而以其作為評價標準，分析了脈動頻率、初始水位高度和隔板結構等對流量穩(wěn)定性的影響。結果表明，豎隔板式穩(wěn)壓容器對高頻壓力脈動有較好的衰減效果，當頻率低于

5、10Hz時，脈動衰減率急劇下降;初始水位高度存在最佳值，以氣、水容積比值在0.5左右時穩(wěn)壓效果最好;隔板位置以位于容器前部1/3處為佳，隔板高度在不影響氣相空間的前提上可取最高值。隔板上開孔位置以隔板中上部為宜。隔板圓孔區(qū)應保證一定的流通面積，在進水腔和出水腔液位差較小的前提下，盡量減小圓孔的直徑，以增加對流量脈動的吸收和緩沖作用。
　　采用滑移網(wǎng)格技術實現(xiàn)了球閥的動態(tài)關閉過程，并用UDF控制閥門轉動速度，對簡單直管道內由關閥引起

6、的水擊現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬研究。計算得到了水為常密度、變密度（壓強的函數(shù)）和氣液兩相混合密度（空化模型）三種情況下閥前壓強隨時間的變化關系曲線，并與實驗曲線和特征線法計算結果曲線進行了比較。結果表明，變密度情況下的計算結果與實驗值更為接近，說明在考慮水的可壓縮性的情況下對閥門完全關閉情況下的水擊現(xiàn)象進行模擬是可行的。在此基礎上，模擬計算了不同關閥時間和關閥方式下的水擊壓強隨時間的變化關系，結果表明，增大關閥時間能夠減小水擊壓強，但大于某個