基于数值仿真与piv的楔形流量传感器流场研究

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1、基于数值仿真与PIV的楔形流量传感器流场研究StudyofWedgeFlowmeterFlowFieldBasedonNumericalSimulationandPIV一级学科：控制科学与工程学科专业：检测技术与自动化装置研究生：胡岳指导教师：张涛教授天津大学电气与自动化工程学院二〇一四年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过

2、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要数值仿真是研

3、究流量测量仪表的重要手段。数值仿真与实流流场的一致性一直是该领域科研人员不懈努力追求的目标。实流流场信息的获得，必须依靠先进的流场观测技术。粒子图像测速技术（PIV）是近些年出现的一种流场观测新技术。很多科研人员将数值仿真与PIV实验观测相结合，在验证数值仿真与实流流场一致性的同时，进一步揭示流场内部流动机理。本论文将数值仿真、PIV实验观测和流量测量实验相结合，以楔形流量传感器流场为平台，提高了数值仿真准确性，揭示了流场流动细节特征。基于混合层流动的简化湍流模型，对雷诺应力封闭方程进行了研究。将湍流模型中的参数a1与分离流

4、动物理机理联系起来，得到参数a1对仿真结果的影响。以3种分离流场为例，验证理论分析结论。基于非线性涡黏性理论，利用FLUENT软件中的UDF技术，对湍流模型经验参数进行优化。通过PIV实验观测，得到流场流线图、回流区长度、涡心位置、回流区边界等流场时均流动信息。获得流场统计量平均结果。通过分析流场数据，获得流场瞬态流动情况，揭示楔形流量传感器流场中楔形下游涡旋脱落、发展和消失的全过程。将PIV实验结果与数值仿真结果进行对比，优化湍流模型参数a1的设置，使流场回流区长度的数值仿真结果与实流流场更符合。将数值仿真与PIV实验相结

5、合。对5种截面的楔形流量传感器流场进行数值仿真计算，与PIV实验结果进行对比，得到不同湍流模型对流场仿真的影响；分析了参数变化对数值仿真的影响。通过数值仿真，弥补PIV实验观测的局限性，详细说明楔形下游流向二次涡流动对回流的影响。通过对比数值仿真和PIV实验观测的流线图，说明参数修正对数值仿真的重要性。基于数值仿真和PIV实验观测结果，提出7种楔形流量传感器，并进行流量测量研究。得到流出系数、重复性等流量测量性能参数。综合比较数值仿真结果、PIV实验观测结果和流量测量实验结果，验证数值仿真和PIV实验观测对流量测量结果预测的

6、一致性。得到一种线性度和重复性均较好的楔形阻流件截面形状。基于流场分析，通过数值仿真和流量测量实验，对楔形下游几个取压位置的测量性能进行了研究，得到了测量性能最佳的下游取压位置。将数值仿真、PIV实验观测和流量测量实验三种技术结合应用于流量传感器研究的方法，可以拓展到其它类型的流量传感器的设计和研究中去。关键词：模型参数；数值仿真；PIV；楔形流量传感器；测量性能万方数据万方数据ABSTRACTNumericalsimulationtechnologyisanimportantresearchtoolforstudiesan

7、doptimizationofflowmeasurementinstrument.Thesimilaritybetweennumericalsimulationandrealflowfieldhasbeenthefocusofmanyresearchers.Togetrealinformationofflowfield,wemustrelyonadvancedexperimentalmethods.Particleimagevelocimetry(PIV)isanewflowvisualizationtechnique.Ma

8、nyresearcherscombinenumericalsimulationandPIVexperimentstoverificatethesimilarity,whilerevealingtheinternalflowfieldflow.Basedonwedgeflowmeter,th