垂直管径内油水两相流流型与涡轮传感器间特性实验研究

涡轮传感器作为流量计被广泛应用在测井仪器中,油水两相流流动对涡轮传感器测量的影响以及涡轮传感器对油水两相流流动特性的影响对产出剖面测井作用很大。通过垂直小管径实验装置中涡轮传感器在油水两相中响应频率的测量及PCI信息采集系统对涡轮响应频率信号进行分析。利用高速摄像的方法在涡轮传感器上下两端进行拍摄,记录并分析油水两相流流动特性。结果表明,涡轮传感器在油水两相流中的转动受流型影响很小,但油水两相流动特性受涡轮传感器影响较大。油水总流量10 m3/d时,涡轮传感器对流体流动特性影响最小。油水总流量小于10 m3/d时,涡轮传感器对油滴的聚集效果大于打散效果,过涡轮传感器后油滴粒径变大,数量变少;油水总流量大于10 m3/d时,涡轮传感器对油滴的打散效果大于聚集效果,油滴粒径变小,数量较多。据此,更直观地分析仪器通道内涡轮传感器对油水两相流流动特性的影响,为测井新仪器的制造与优化提供有利的依据。

多变量非线性规划算法下涡轮传感器的优化

通过对建立的数学模型求解优化了涡轮流量传感器的结构参数,减小了传感器仪表系数的线性度误差。利用叶轮的四个结构参数建立了单相流条件下涡轮流量传感器的数学模型,以仪表系数的线性度误差为约束方程,采用多变量非线性规划算法对模型求解来获取优化后的结构参数值。以50 mm和25 mm口径的涡轮流量传感器为优化对象,在水流量装置上进行了实流实验。结果表明,优化后两种口径的涡轮流量传感器的线性度误差分别降低了38.48%和43.59%,表明了理论优化分析的有效性。

基于涡轮式气体流量传感器的用力呼气容量计算方法

涡轮式气体流量传感器在用力肺功能测试中用于记录人体呼气信号,由于旋转惯性,对于相同用力呼气容量(FVC)值,测量结果因呼出气体流量而异,且差异值通常不可接受。针对该问题,该文通过在传统稳态涡轮流量计算模型的基础上引入速度惩罚项,构建一种FVC速度惩罚模型,与此同时,提出使用过幅降采样涡轮旋转周数算法,二者结合,提高了FVC测试结果的可接受性。利用国际通用的标准3 L定标桶,模拟真实用力肺功能测试过程,对算法的有效性进行验证。实验结果表明:所提方法能够有效降低前述差异,在一定程度上满足美国胸科协会(ATS)和欧洲呼吸学会(ERS)所提出的用力肺功能测试可接受标准和准确度要求。

采用流场分析提高涡轮流量传感器性能的研究

以10 mm口径液体涡轮流量传感器为研究对象,经过对传感器内部流场进行分析,提出通过减小靠近叶片顶端的叶片受力面积,提高传感器测量性能的方法。从对特性曲线的分析出发,结合传感器数学模型,提出了一种利用不同流量点的仪表系数平方差Δ(K^2)评价传感器性能的方法。在此基础上,结合CFD仿真和传感器样机实验测试,研究了不同叶轮叶片形状参数对传感器性能的影响。实验结果表明:改变叶轮叶片形状能有效提高传感器的测量性能,切角参数为0.25时,传感器性能最优;此方法同样适用于其他口径涡轮流量传感器结构的优化。

流速/温度共采的光纤布拉格光栅涡轮流速传感器

为实现敏感元件仅为单一光纤光栅流速传感器的多参数同时测量,提出了一种流速/温度共采的光纤布拉格光栅(FBG)涡轮流速传感器。该传感器通过涡轮实现流体冲击力对光纤光栅中心波长的频率调制,解决光纤光栅温度应变的交叉敏感,理论计算得到其流速检测灵敏度为2.91·10-2 m/(s·Hz-1)。为测试传感器的性能,搭建了传感器测试系统,并选取光纤动态解调仪解调的光纤光栅中心波长动态信号作为试验原始数据。应用快速傅里叶变换(FFT)法分析试验数据,得到传感器流速的检测下限为0.541 7m/s,检测灵敏度为2.57·10-2 m/(s·Hz-1),检测精度为25mm/s,略小于理论计算值,其主要原因在于圆管内流体的流速并非均匀分布的匀速运动,管道内壁对流体具有一定的黏滞力。应用经验模式分解分析原始数据获取其趋势项信号,得到该传感器的温度灵敏度为10.6pm/℃,检测精度为0.5℃。

液体涡轮流量传感器叶轮几何参数定量优化方法

以降低传感器特性受被测液体粘度变化的影响为目的,提出了液体涡轮流量传感器叶轮的多参数定量优化方法。该优化方法以叶片顶端间隙与管道半径之比、轮毂半径与叶片顶端半径之比、叶片均方根平均半径位置的叶片安装角、叶片顶端的叶栅实度为传感器叶轮的几何特征参数;传感器用同一仪表系数测量高粘度和低粘度2种液体,以线性度误差最大值为目标函数;以约束条件下n维极值的复形调优法为优化算法。

测量小流量的切向式涡轮流量传感器的仿真与实验

为深入研究切向式涡轮流量传感器的工作机理,推导了流体对涡轮叶片的驱动力矩,得出切向式涡轮流量传感器仪表系数的数学表达式.依据湍流模式理论以及计算流体力学,提出涡轮转子Z方向力矩平衡分析法实现对涡轮转速θ的准确预测,进而对切向式涡轮流量传感器三维流场进行了分析,得出仿真仪表系数计算公式.全量程内仿真仪表系数KS与物理实验标定的仪表系数KP的对比表明,模拟计算仪表系数相对误差最大值为7.51%,说明构建的数值模型以及提出的分析方法能够准确反映切向式涡轮流量传感器内部流体的流动特性.

涡轮流量传感器内部流场数值模拟中湍流模型比较

为了能够采用非实流标定方法来准确预测涡轮流量传感器的仪表系数以及获得传感器内部流场流动情况,分别应用S-A、标准k-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε以及标准k-ω5种湍流模型,对涡轮流量传感器内部流场进行三维数值模拟,并将应用各湍流模型得到的仿真仪表系数与实流标定值进行对比和分析.对比结果表明,相比其他4种模型,标准k-ω模型可以更准确地预测涡轮流量传感器的仪表系数,其平均仪表系数与实流标定的仪表系数的相对误差为2.023%.因此,标准k-ω模型更适合应用于涡轮流量传感器内部流场的仿真与仪表系数的预测.

涡轮流量传感器特性的试验研究

在高精度的粘度、流量可调整的柴油流量试验装置和水流量试验装置上,对涡轮流量传感器特性曲线进行了试验研究。发现在不同的传感器个体中和不同特性的被测介质情况下,传感器特性曲线在小流量时均具有“锯齿”形变化,其变化幅度达到±0.5％以上;“锯齿”形特性曲线出现第二个峰值所对应的管道Re,随被测流体特性和传感器的不同而不同。对此现象进行了分析,并对涡轮流量传感器的叶轮进行了受力分析。流体流经叶轮时形成边界层流动。边界层流动型态发生转换时,流体对叶轮的旋转力矩会突然增加,可能是出现“锯齿”形变化的原因。

基于CFD仿真的切向涡轮流量传感器结构优化

为降低切向涡轮流量计的测量下限,以25 mm口径机械式热量表为例,利用计算流体动力学(CFD)仿真软件对传感器内部三维流场进行研究,提出了提高传感器性能的10种结构改进方案,并通过CFD仿真对优化后的传感器性能进行预测,选择出最佳方案。结果表明:结构参数改进后,测量下限由0.07 m3/h降为0.035 m3/h。

涡轮流量传感器在旋转来流中的特性研究

本文对涡轮流量传感器在旋转来流中的特性进行了理论和实验研究。利用涡轮流量传感器的数学模型 ,给出了涡轮转速、仪表常数与来流旋转角之间的理论关系式。计算了来流旋转强度及上游直管段长度变化时 ,仪表常数的变化情况。设计了能获得不同来流旋转强度的旋转发生器 ,并获得了大量的实验数据。实验结果与理论计算值在较大的流量范围内甚为吻合。

对涡轮流量传感器的仿真研究

涡轮流量计在测量仪表中是一种非常重要的仪表。因其测量精度高、重复性好、体积小、重量轻而得到广泛的应用。但随着其测量流体粘度的增大,测量的线性度变差,对仪表系数产生很大的影响。以往的研究大多是理论分析、实验,而本文则是利用了近些年兴起的数值仿真技术来对涡轮传感器内部的速度场、压力场进行仿真,提出了对涡轮前后导流件叶片形状、叶轮叶片形状、叶轮顶隙大小的改进意见。

涡轮流量传感器测量水平气液两相流的实验研究

在气液两相流实验装置上,对3台具有不同导程叶轮的涡轮流量传感器测量水平气液两相泡状流的特性进行了实验研究.发现随着体积含气率的变化,3台传感器的流量特性曲线、仪表系数迁移量、重复性误差均会发生明显变化.具有较小导程叶轮的传感器,其性能优于其它两台传感器.对造成涡轮流量传感器测量特性改变与误差的原因进行了分析讨论,并对体积含气率变化影响涡轮流量传感器特性的物理机理进行了分析.

涡轮流量传感器测量气液两相流的数值仿真与实验验证

以Fluent软件为工具,采用双流体模型,对涡轮流量传感器测量体积含气率低于10%的气液两相泡状流进行了数值仿真.提出了以仪表系数迁移量为评价涡轮流量传感器测量气液两相流性能的方法.通过对传感器内部流场的分析可知:随着入口体积含气率的增加,叶片吸力面侧、叶片尾缘附近的气相体积分数明显增加,导致传感器仪表系数迁移量明显增大.以现有传感器与改进传感器的仪表系数迁移量仿真值的对比为判定依据,对现有传感器进行了改进设计.在天津大学自动化学院气液两相流装置上进行了实验,验证了该改进设计的有效性.

基于自动代码生成技术的智能涡轮流量传感器

分布式控制已经成为发动机控制的一个重要方向,其中智能传感器的研究具有重要的意义。文中提出了一种基于光纤和DSP硬件,适用于分布式控制的航空发动机智能涡轮流量传感器。设计了相关的硬件电路,提出了一种修正的FFT测频算法,并采用自动代码生成技术完成嵌入式软件开发,实现了高精度的燃油流量测定和CAN通讯等多种功能。与电磁涡轮流量传感器对比实验,证明了该智能传感器在保证测量精度的前提下,拓展了测量范围,提高了量程比,满足发动机的性能需求。

涡轮流量传感器在呼吸机上的应用

采用涡轮式流量传感器对呼吸机潮气量进行测量时,往往存在误差较大的问题。在介绍了呼吸机涡轮流量传感器的工作原理、结构及特点的基础上,讨论分析了涡轮流量传感器的流量特性。指出此种流量传感器由于自身结构特点从而会产生反应"滞后性"。通过分析呼吸机典型流量特性曲线,提出了提高呼吸机吸入潮气量测量精度的方法,得出通过脉冲计数补偿和分段标定流量传感器容量系数的方法可以提高潮气量测量精度,并在产品研制中得到了很好的验证。

磁轴承涡轮流量传感器的探讨

对不同结构的磁轴承涡轮流量传感器进行了比较综合,发现采用被动磁轴承结合机械约束,实现传感器内部可动部件叶轮的部分悬浮,是减小轴与轴承之间机械摩擦阻力、降低轴和轴承的磨损,从而提高传感器的灵敏度,增加传感器使用寿命的一条思路。提出了采用两个轴向磁化的径向磁轴承结合两个球头轴尖支撑的涡轮流量传感器结构,并进行了理论分析和参数计算。对研制磁轴承涡轮流量传感器过程中遇到的问题,进行了初步探讨。

磁悬浮宽量程涡轮流量传感器的研究

介绍了应用磁悬浮轴承研制的涡轮流量传感器 ,测量管道中的液体和气体流量的方法。较为详细的描述了在设计工况下 ,磁悬浮涡轮的工作状态。揭示了磁悬浮轴承与普通涡轮中使用的轴承之间的区别和特点。结果表明采用这种磁悬浮涡轮对测量介质进行测量时 ,始动流量大大下降 ,而测量大流量的限度可以提高 。

涡轮流量传感器油耗测量及流阻特性实验分析

发动机油耗测量采用涡轮流量传感器切断油管安装测量,通过液体流动带动叶轮旋转的速度大小反映流体流速。由于某些部位的燃油管路直径小,催动叶轮转动会减小供油压力,影响发动机供油速率,严重时会阻滞发动机油管造成飞行质量事故。该文首先引入计算双转子燃油流量的关键参数K因子,并结合上下游转子频率和流量之间的关系,得出涡轮流量传感器油耗测量原理及其流阻特性计算方法;再以其研究结果为基础,搭建流阻特性实验测试平台,合理设计不同流量给定值的实验点,并分析燃油管道转接点前后压力值、实际管道压差以及实际流量响应曲线,得到影响流阻系数各因素之间的作用规律,为加装在小口径燃油管路的流量传感器选择提供指导。

渐缩管对涡轮流量传感器测量性能的影响

通过试验研究渐缩管对下游涡轮流量传感器测量性能的影响,以平均仪表系数相对偏差、线性度和重复性为评价指标,指出渐缩管流场扰动使涡轮流量传感器仪表系数减小、线性度误差增大。通过仿真分析渐缩管下游涡轮流量传感器内部流场,发现渐缩管对下游流场的扰动影响了涡轮流量传感器的内部流场,速度分布变化是影响传感器仪表系数的主要原因。