1、PAGE PAGE 6浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告班 級(jí)過(guò)程裝備與控制工程09（1）班姓 名聞旭東課題名稱不同入射角度對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)性能的影響開(kāi)題報(bào)告目 錄1 選題的背景與意義1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.2 課題研究意義2 研究的基本內(nèi)容3 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題3.1 研究思路方案3.2 可行性分析3.3 預(yù)期研究成果4 研究工作計(jì)劃參考文獻(xiàn)成績(jī)：答 辯意 見(jiàn)內(nèi)容符合要求，允許開(kāi)題。答辯組長(zhǎng)簽名： 年 月 日系主任審核意見(jiàn)簽名： 年 月 日旋進(jìn)旋渦流量計(jì)起旋器對(duì)其性能影響的研究聞旭東(過(guò)程裝備與控制工程09(1)班 B09360120)1 選題的背景與意義溫度

2、、壓力、流量是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的三大檢測(cè)參數(shù)。流量測(cè)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究中都占有非常重要的地位。凡是涉及到具有流動(dòng)介質(zhì)的工藝流程，無(wú)論是氣體、液體，還是固體粉末，都與流量測(cè)量有著密切的關(guān)系。隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)流體測(cè)量有了越來(lái)越高的要求，特別是近年來(lái)，由于節(jié)能、綜合控制和智能管理系統(tǒng)的出現(xiàn)，無(wú)論是從質(zhì)量上，還是從數(shù)量上，都更加重視以過(guò)程狀態(tài)量為中心的現(xiàn)場(chǎng)信息。由于各種流體，如水、煤氣、天然氣和石油產(chǎn)品等1，都是很重要的能源，只有做到準(zhǔn)確測(cè)量，才能做到“節(jié)能有數(shù)、耗能有據(jù)”。流量測(cè)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位和作用，因此需要更多更好的流量計(jì)2。1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1

3、.1.1 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)定義近幾十年來(lái)適用于不同介質(zhì)及工況條件的新型計(jì)量?jī)x表相繼問(wèn)世，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)是其中一種，是經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)不斷開(kāi)發(fā)后投入市場(chǎng)的一種漩渦型流體振蕩式流量計(jì)，可適用于石油、蒸汽、天然氣、水等多種介質(zhì)的流量測(cè)量3。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的一種新型旋渦型流體振動(dòng)流量計(jì)，其原理是通過(guò)測(cè)量旋渦的脈動(dòng)壓力變化頻率來(lái)推算流體的速度，從而得到流體體積的流量計(jì)。固定旋渦發(fā)生葉片使進(jìn)入流量計(jì)的流體產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，附加一個(gè)切向的速度到軸向運(yùn)動(dòng)的流體，這樣就產(chǎn)生了連續(xù)的旋渦系列而構(gòu)成一個(gè)旋渦流，稱之為“渦勢(shì)”，其中心為旋渦核（旋渦中心流），外圍為環(huán)流。流體流經(jīng)變送器收縮段時(shí)渦流加速，此時(shí)

4、，渦核直徑沿流動(dòng)方向逐漸縮小，而旋渦強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，達(dá)到擴(kuò)大段時(shí)，由于旋渦急劇減速，壓力上升，旋渦中心區(qū)的壓力比周圍低，于是就產(chǎn)生了回流。在回流的作用下，旋渦流偏離原前進(jìn)方向，迫使旋轉(zhuǎn)的渦核在擴(kuò)大段作一種類似陀螺的運(yùn)動(dòng)。旋渦流的進(jìn)動(dòng)是貼近擴(kuò)大段的壁面進(jìn)行的，由于旋進(jìn)旋渦頻率與流體的流速成正比，因此測(cè)得旋進(jìn)旋渦頻率即能反映出流速和體積流量的大小，流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)具有下述特點(diǎn)：儀表內(nèi)無(wú)活動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)量精確度高，可達(dá)1%，線性測(cè)量范圍寬，量程比高達(dá)10:1，儀表示值幾乎不受溫度、壓力、密度、成份、粘度等影響，輸出為與流量或流速成正比的電脈沖頻率信號(hào)，便于同數(shù)字式儀表

5、及電子計(jì)算機(jī)配套應(yīng)用，維護(hù)較方便，更換檢測(cè)元件不需要重新標(biāo)定4。圖1-1 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖1.1.2 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的發(fā)展背景和歷史美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)公司在70年代初研制出最早的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)(Vortex Precession flowmeter)，這種流量計(jì)與傳統(tǒng)的容積式和葉輪式流量計(jì)相比，有更好的介質(zhì)適應(yīng)性；其量程范圍和靈敏度又優(yōu)于同期發(fā)展起來(lái)的渦街流量計(jì)和射流流量計(jì)，還有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、維護(hù)方便、可靠性高和不受流體組成、密度、溫度影響等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)70年代，Dijstelbergen5對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)性能進(jìn)行了比較全面的實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了該流量計(jì)線性輸出特性，并且發(fā)現(xiàn)該流量計(jì)不易受介質(zhì)黏度和

6、密度影響，指出了旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在高壓氣體測(cè)量方面商業(yè)化應(yīng)用前景。Furio和Gianfranco6對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)做了實(shí)際工況下的儀表特征測(cè)試，探索該流量計(jì)在計(jì)量領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。1987年由上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所和中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院牽頭，國(guó)內(nèi)十多家單位參加，開(kāi)始制訂渦街流量傳感器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程7。1991年Helnrichs8作了用差分傳感器提高旋進(jìn)旋渦流量計(jì)提高量程下限的實(shí)驗(yàn)研究。雙傳感器相對(duì)布置和三傳感器周向均勻布置情況下，壓力差分信號(hào)的RMS值分別增大到單個(gè)傳感器的1.7倍和2.8倍。1999年Cascetta9等對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)做了實(shí)際工況下的儀表特性實(shí)驗(yàn)研究。探索該

7、流量計(jì)在計(jì)量領(lǐng)域應(yīng)用的可行性，發(fā)現(xiàn)旋進(jìn)旋渦氣體流量計(jì)工作時(shí)振蕩頻率信號(hào)容易被外界振動(dòng)與流體脈動(dòng)噪聲所干擾。1999年，浙江省蒼南縣三位儀表有限公司范叔沙和葉朋10對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的起旋器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的螺旋形葉片改為直線型葉片，同時(shí)將葉片與起旋器中心軸的夾角減少，增大流通面積，從而降低起旋器壓損。2004年彭杰綱11-13不僅對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，研究了旋渦進(jìn)動(dòng)效應(yīng)流場(chǎng)的演變情況，通過(guò)脈動(dòng)流場(chǎng)物理模擬研究了流場(chǎng)干擾對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)流場(chǎng)進(jìn)動(dòng)效應(yīng)的影響，還采用實(shí)驗(yàn)方法研究了流體脈動(dòng)和傳感器的安裝對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)旋進(jìn)旋渦效應(yīng)特性的影響。2005年，王開(kāi)悅14對(duì)起旋器進(jìn)行改造將葉

8、片改為不銹鋼薄板制成的等變化率曲線，同時(shí)將頻率檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)為薄片形，相對(duì)于普通起旋器葉片呈螺旋形來(lái)說(shuō)減少流量計(jì)的壓力損失。2006年天津大學(xué)的張濤、蔣云飛15對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)旋渦發(fā)生體的葉片和主軸的夾角由原來(lái)的60變成45。葉片由六片到七片，得出了改進(jìn)的流量計(jì)壓力損失上有了一定的減少并且測(cè)量下限也有所降低的結(jié)論。1.1.3 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的研究的主要問(wèn)題目前，國(guó)內(nèi)外在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)研究方面存在的問(wèn)題是：1. 流體力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)研究與旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的工程應(yīng)用聯(lián)系薄弱。主要原因是流體力學(xué)工作者很少?gòu)牧髁坑?jì)的角度對(duì)流體振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行研究，使流體振動(dòng)的基礎(chǔ)研究無(wú)法對(duì)流量計(jì)的發(fā)展起到促

9、進(jìn)作用。另一方面,二次儀表研究人員一般對(duì)流體力學(xué)不了解，他們無(wú)法從流體振動(dòng)的角度對(duì)流量計(jì)進(jìn)行研究。2. 對(duì)通過(guò)改變流道來(lái)增強(qiáng)流體振動(dòng)強(qiáng)度的研究不夠深入，雖然也有通過(guò)增加渦街發(fā)生體個(gè)數(shù)來(lái)增強(qiáng)流體振動(dòng)信號(hào)的有關(guān)研究報(bào)道，但對(duì)未對(duì)雙鈍體渦街流量計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)研究，迄今為止尚未發(fā)展出工業(yè)用雙鈍體渦街流量計(jì)。缺乏對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的流場(chǎng)的系統(tǒng)研究。3. 流體脈動(dòng)對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)測(cè)量的影響尚未得到系統(tǒng)研究。4. 使用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的工作顯得比較薄弱，特別是與實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行互相對(duì)照的工作很少16。1.2 課題研究意義對(duì)于旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的研究，迄今為止理論上仍停留在定性研究的水平，現(xiàn)在的計(jì)算方法雖然能

10、夠定性模擬出旋進(jìn)旋渦現(xiàn)象，但誤差很大。對(duì)于類似旋進(jìn)旋渦流量計(jì)流場(chǎng)規(guī)律的計(jì)算需要發(fā)展出計(jì)算精度更高的計(jì)算方法。起旋器的入射角改變能有效的提升旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的性能，加快旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的發(fā)展，使其能更好的滿足工業(yè)上的要求。2 研究的基本內(nèi)容本課題主要針對(duì)不同的起旋器（圖2-1）入射角度對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)壓損及儀表系數(shù)的影響進(jìn)行研究，利用三維建模軟件Pro/E建模，F(xiàn)LUENT前處理軟件Gambit進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以空氣為介質(zhì)，利用FLUENT仿真軟件，仿真旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在不同入射角度下的壓損變化及儀表系數(shù)的精確度。圖2-1 起旋器螺旋葉片入射角示意圖3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果3.1 本課題的

11、主要任務(wù)1.利用三維建模軟件Pro/E，完成起旋器、消旋器的三維實(shí)體建模，并完成旋進(jìn)旋渦流量計(jì)流道的三維實(shí)體建模；2.利用Gambit對(duì)流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選取合適的網(wǎng)格大小和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證；3.對(duì)不同起旋器入射角度(55、57.5和60)的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)分別進(jìn)行三維數(shù)值仿真，得出計(jì)算結(jié)果。3.2 可行性分析旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的優(yōu)化經(jīng)過(guò)前人的研究和發(fā)展，已經(jīng)有了初步的成果，有相關(guān)文獻(xiàn)可以參考。本設(shè)計(jì)的工作主要涉及力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，以及Pro/E，Gambit，F(xiàn)LUENT等設(shè)計(jì)工具，本人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績(jī)，掌握了本設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)。指導(dǎo)老師

12、及其課題組在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的相關(guān)研究方面和企業(yè)的相關(guān)項(xiàng)目相關(guān)，具有很多經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過(guò)深思熟慮，切實(shí)可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。3.3 預(yù)期研究成果分析得出不同的起旋器入射角對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)壓損及儀表系數(shù)的影響 研究工作計(jì)劃起止時(shí)間內(nèi)容2012.11.26 2012.12.02確定畢業(yè)設(shè)計(jì)研究對(duì)象和內(nèi)容2012.12.03 2012.12.23研究調(diào)研，完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯2012.12.11 2013.01.06提交外文翻譯、文獻(xiàn)綜述報(bào)告、開(kāi)題報(bào)告初稿，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱并進(jìn)行修改2013.01.19 2013.01.25提交外文翻譯、文獻(xiàn)綜述

13、報(bào)告、開(kāi)題報(bào)告終稿，進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告答辯2013.01.262013.02.26利用三維建模軟件Pro/E，完成起旋器、流道、消旋器的三維實(shí)體建模2013.02.272013.03.03利用Gambit對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分2013.03.042013.03.17使用FLUENT進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算2013.03.182013.03.31畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查，計(jì)算結(jié)果后處理2013.04.012013.04.14根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行修改，并做進(jìn)一步細(xì)化計(jì)算2013.04.152013.04.28完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交初稿；經(jīng)指導(dǎo)教師提出修改意見(jiàn)，進(jìn)行論文修改2013.04.292013.05.

14、12指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)論文進(jìn)行審閱；評(píng)議小組分組審閱2013.05.132013.05.26論文答辯參考文獻(xiàn)蔡武昌. 流量測(cè)量?jī)x表現(xiàn)狀和發(fā)展J. 自動(dòng)化儀表, 1996, 2: l6吳蕾. 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的原理探討和結(jié)構(gòu)優(yōu)化D. 天津: 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2004Dijstelbergen.H. The Performance of a swir flowmeter. J.PhysicsJ. Seientific Instruments, 1970, 3: 886888于顏波. LUXZ旋進(jìn)旋渦智能流量計(jì)的應(yīng)用J. 石油化工自動(dòng)化, 2003, 4: 82王文化. 智能渦街流量計(jì)J. 儀器儀

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