气体流量计量虚拟仿真教学项目设计

气体流量计量标准装置结构复杂、价格昂贵,在传统实验教学模式下学生难以开展动手操作,为此开发气体流量计量的虚拟仿真实验。运用虚拟仿真技术搭建音速喷嘴气体流量传递标准装置,在虚拟三维场景中学生可对气体流量标准装置的结构和工作原理展开全方位的认知,掌握气体流量量值传递与溯源方法。同时依据检定规程设计气体涡轮流量计检定交互步骤,使学生掌握涡轮流量计的检定流程及其计量性能评价方法。该项目克服了传统流量计量实验教学中存在的难题,取得了较好的实验教学效果,有效提升学生的专业认知和行业从业能力。

超声波流量计整流器优化设计

气体超声波流量计的测量精度由飞行时间的测量精度和流量计自身的流场适应性决定,流量计的流场适应性又由流量计的声道布置和整流器的性能决定。文章设计了一种内嵌于流量计的整流器,详细阐述了该整流器的结构、各模块的功能。介绍了整流器性能优化的理论依据、过程以及整流器性能优劣的判别准则。该整流器性能优化主要取决于起旋器的优化,文章给出了装有8片起旋器和装有10片起旋器的整流器在直管、单弯管下的性能参数对比,试验结果显示装有10片起旋器的整流器有着更好的流场适应性:重复性满足国标要求,直管示值误差与弯管示值误差的差值<0.3%。文章的创新点在于给出气体超声波流量计整流器设计和优化的理论依据和一整套流程,对于设计气体超声波流量计整流器的科研人员有借鉴意义。

基于CFD仿真圆柱齿轮流量计性能影响因素分析

为确定圆柱齿轮流量计结构参数和流体介质物理特性对其性能影响的规律,确定最佳装配间隙,提出了基于6自由度运动模型的仿真方法,基于该方法分别研究了不同装配间隙和不同流体粘度对DN16圆柱齿轮流量计性能的影响。研究结果表明:随着装配间隙的减小,线性度误差逐渐减小。当齿顶圆间隙为140μm、齿轮端面间隙为100μm时,线性度误差达到最优值0.13%;线性度误差随着流体粘度的增大而减小,当粘度为42.7 mm^(2)/s时,线性度误差仅为0.03%。

二维活塞式动态流量计的仿真分析与优化

二维活塞式动态流量计,其主要特点在于采用具有旋转和往复直动双运动自由度的二维活塞作为流量计量单元。介绍该流量计机械结构和工作原理后,建立了相关动态模型,并研究了该流量计自身的计量特性以及各个结构参数对该流量计动态性能的影响,包括二维活塞直径、二维活塞质量以及计量单元内计量腔体积等。结果表明,采用两个计量单元并联连接结构的该流量计流量脉动极小,减小二维活塞质量以及减小工作腔中的死腔体积可以提升流量计的动态性能,而二维活塞直径对流量计动态性能的影响是随数值先增大后减小,这为二维活塞式动态流量计提供了优化方向。

超声流量计探头安装位置对测量影响数值仿真研究

超声流量计非实流标定方法中一个尚待解决的问题是超声探头安装位置对流量测量的影响,该问题始终制约着超声流量计非实流标定技术的发展。为解决这一难题,提出利用计算流体动力学数值仿真来研究这一问题的方法。基于实流试验获得超声流量计探头位置对其测量结果的定量影响,并将其作为数值仿真依据,探索仿真模型建立方法;在验证数值仿真方法的基础上对超声探头的两个典型安装位置——全伸和全缩进行研究;通过分析流场流动机理、各声道速度分布以及探头处的流场变化,最终获得探头安装位置对流量测量的影响规律以及产生的测量误差。两个安装位置相比,探头全伸比全缩测量效果更好,即推荐探头全伸为超声流量计探头最佳安装位置。

射流流量计的仿真与试验研究

以流场仿真为基础,设计射流流量计内部流道结构,研究射流流量计内部流场的速度分布和压力分布,并研究射流附壁诱发流体交替振荡的机理,提出主射流的偏转过程实际上是两个共同作用于主射流的涡流强弱交替的过程。在此基础上,以仿真模型优化射流流量计,通过试验验证射流振荡的效果以及管道流速与流体振动频率之间的特性关系。并设计出计量范围0．55～6．50 m／s(气体介质)、精度等级高于2级的射流传感器,为射流流量计的结构改进和优化设计提供了有效的途径。

多声道超声波气体流量计声平面安装角度对测量影响的模型仿真和实验研究

采用计算流体力学(CFD)方法,建立90°单弯管道内气体流动的仿真模型,获得管道内流场分布情况,通过对声路上每个网格内声波传播时间逐个累计的方式模拟超声波流量计原理计算渡越时间。搭建超声波气体流量计量实验系统,通过实验验证仿真结果。研究结果表明:在90°单弯管道下游,随直管段距离增加,多声道超声波气体流量计的计量偏差逐渐减小。以90°单弯管下游10D位置安装的六声道超声波流量计为例,声平面角度变化使计量相对误差发生变化。相对于与弯管平面平行或者垂直安装的方式,与弯管平面倾斜安装能有效避开流速分布的低速区,降低计量误差。在实际应用中,当管道内流场分布非对称时,多声道流量计声平面安装角度的变化会影响流量计量效果。在阻流件下游安装多声道超声波流量计,需根据流场分布特点选择适当的声平面安装角度,降低非对称流速分布对精度带来的影响。

流量计校正及离心泵综合实验仿真模拟

针对流量计校正及离心泵综合实验的仿真需求,根据实验基本原理和实验基准数据提出了对其进行模拟的程序设计原理和流程框图。基于Virtools平台进行了程序开发,完成了该实验的准确模拟,并实现了和3D仿真实验装置数据交互,可以产生和真实实验一致的实验现象和结果。

大量程比射流流量计的仿真研究

本文在传统射流流量计的基础上,设计了新的振荡腔结构,目的在于拓宽新型射流流量计的量程比,提高其工作的适应性和稳定性.在计算流体软件FLUENT平台上进行数值仿真研究,通过对数据和图线的分析,获得了较大范围内流量和频率的线性关系以及此范围内基本恒定的斯特罗哈数.仿真结果表明,设计的新型射流流量计附壁稳定、切换可靠,测得的流量与振荡频率有着良好的线性关系,在较大范围内验证了Strouhal方程,在一定程度上能为射流流量计的设计提供依据.

导流件和叶轮强作用涡轮流量计的CFD仿真方法

分别采用多重参考坐标系(MRF)方法和滑移网格方法,对导流件和叶轮强作用的涡轮流量计内部流场,进行了计算流体力学(CFD)仿真,并计算了仿真仪表系数。结果表明:采用MRF仿真方法时,仿真模型中导流叶片和叶轮叶片的相对位置对仿真结果有较大影响;采用滑移网格方法对涡轮流量传感器内部流场进行仿真更合理,仿真仪表系数和线性度与实验结果相比更准确。

两相流下电磁流量计感应电势仿真研究

在电磁流量计应用于油水两相流的测量时，由于油水两相流中存在非导电物质，非导电物质对流量计测量存在一定影响。通过有限元软件ANSYS对流量计磁场分布建立了仿真模型，运用FLUENT软件对流量计的流体建立仿真，讨论了非导电物质对电磁流量计权重函数的影响。利用仿真结合数值计算的方法对电磁流量计不同含水率与流量下电磁流量计感应电势进行研究，并通过模拟井实流实验对仿真结果进行验证。

基于FLUENT数值仿真下的旋进旋涡流量计的研究与优化

对旋进旋涡流量计中旋涡发生体的结构进行了如下改进:将旋涡发生体的叶片与主轴的夹角由原来的60°减小到45,°将叶片由六片增加到七片。利用FLUENT数值仿真软件对改进后的旋进旋涡流量计做了数值仿真计算,对改进方案进行了验证,最后在实验装置上进行了试验。仿真结果与试验结果均表明,改进后的旋进旋涡流量计压力损失有了较大幅度的减小,并且在保证压力损失较小的同时其测量下限也有所降低,克服了旋进旋涡流量计应用中的一个不足。

热示踪流量计电学参数及结构参数的仿真

热示踪方法测量流量具有无污染、无可动部件、可靠性高的特点,适用于水平井产出剖面油水两相流低流量的测量。加热丝对流体短暂加热时虽然加热功率不同,但同一监测点温度达到最高温度后,随时间的变化温度曲线都会出现平顶现象,所以加热时间是计算两温度曲线峰值的时间差重要影响因素。流量计内径为2 cm时,加热丝加热功率设置为500 W,加热时间设置为2 s,流量计中心线上温升在1℃以上,可以测量流量小于30 m3/d流体。当流量计内径不同时,可以通过建立仿真模型,仿真持续加热流动的流体情况下,不同流量中心线上升的最高温度及其位置,从而确定传感器的最佳位置和测量的流量范围。

涡街流量计流场特性的数值仿真研究

由于旋涡产生和脱落机理的复杂性 ,迄今为止对涡街流量计流场的认识几乎全部依赖经验和实验。介绍应用FLUENT6 0计算软件 ,对DN5 0涡街流量计流场进行了数值仿真 ,就旋涡发生体的旋涡脱落频率与实测数据进行了比对。结果表明 ,数值计算结果与实测结果具有很好的一致性。提出了可以根据数值仿真来优化设计涡街流量计结构及选取最佳取压位置的结论。

电容式靶式流量计的研究与仿真

阐述了电容式靶式流量计的工作原理,设计了基于MSP430F149单片机的电容式靶式流量计的硬件和软件。采用IAPWS-IF97水蒸汽公式进行密度补偿,克服了传统水蒸汽密度补偿方法不能适应工况大范围变化和不能满足精度要求的缺陷,提高了测量的精度。采用FLUENT数值仿真软件模拟圆盘形、圆锥形、球形等3种靶片的受力、流体流经靶片的压力损失与被测流体质量流量之间的关系,为工程应用中靶片形状的选择提供理论依据。

电磁流量计矩形与鞍状线圈感应磁场的数值仿真

讨论了电磁流量计矩形和鞍状线圈所产生磁感应强度的分布情况。运用毕奥-萨伐尔定律和叠加原理，通过数值仿真得到励磁线圈在测量管道内电极横截面上的磁场分布情况。提出磁感应强度的方向平行程度和大小均匀程度2个指标，并用其来判别感应磁场分布的均匀程度。依据以上2个指标，分别对不同尺寸的矩形和鞍状励磁线圈所产生的感应磁场进行计算分析和优化。

多声道超声气体流量计的建模与仿真

基于时差式超声流量计测量原理和Gauss-Legendre数值积分方法,建立了多声道超声气体流量计的数学模型.在建模过程中,根据瞬时流速以流速分布函数按面积积分的公式,推导出在弦向声道处的平均流速按声线积分的表达式,然后推导出在弦向声道处的平均流速加权求和的瞬时流速公式;应用Legendre多项式求解出高斯节点值和加权系数,即确定了各个声道的分布位置.以四声道交叉布置方式的超声气体流量计为例,通过Matlab仿真与误差分析,结果表明:在考虑流速分布的影响下,模型的测量误差不大于0.1%,验证了模型的正确性,因而多声道超声气体流量计完全能满足油气、天然气等气体在输送和分配计量中的精度要求.

多电极电磁流量计权重函数的仿真研究

采用有限元方法，针对三对电极电磁流量计电极在不同位置时权重函数分布情况进行数值仿真。提出2个描述权重函数分布均匀度的指标：最大偏差和整体均匀度，并在电极数目和位置不同情况下对权重函数的分布情况进行分析比较。结果表明，电磁流量计权重函数分布不仅与电极数目有关，还与电极所在的位置有关。通过合理设计电极位置，三对电极电磁流量计在权重函数分布均匀度和平均强度两方面都优于单电极对电磁流量计。

科氏流量计驱动系统模糊PID控制器设计及仿真

针对科氏流量计驱动系统具有非线性和时变性的特点,为改善对测量管振动的控制,采用模糊PID控制策略设计了驱动增益模糊PID控制器,并利用MATLAB中的Fuzzy Logic Toolbox和Simulink工具建立了驱动系统仿真模型,分别采用常规PID控制和模糊PID控制进行了仿真试验和比较,结果表明模糊PID控制提高了系统的起振性能和追踪测量管振幅变化的能力,具有较好的综合控制性能。

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析。理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修正系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义。