涡街与V锥流量计在蒸汽计量中的特性研究.pdf

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1、涡街与V锥流量计在蒸汽计量中的特性研究ResearchonCharacteristicsofVortexandV-coneFlowmeterintheSteamMeasurement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作者姓名许文达指导教师张涛教授天津大学电气与自动化工程学院二零一三年五月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的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

2、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：年月日摘要水蒸汽是一种重要的二次清洁能源，在能源消耗上占居较大的比例，但由于其独特、复杂的物理特性，相对于水、电、天然气等其它能源介质，一直难于计量

3、。蒸汽的准确计量是一个困扰计量检测的世界性难题。目前对于蒸汽流量计普遍采用空气或水代替蒸汽介质进行量值溯源，虽然取得了不错的效果，但此种方式无法真实反映蒸汽流量计的真实工况，检测介质的不同可能会引起计量偏差。蒸汽流量计计量溯源手段的不完善，以及缺乏在蒸汽实流检测下的实验研究，导致了蒸汽流量计量精度低，制约了蒸汽计量管理和仪表的发展。为深入分析蒸汽流量仪表在蒸汽介质下的计量特性，本课题研制了一套冷凝称重法蒸汽流量计量标准装置，该装置完善了我国蒸汽流量量值溯源传递体系。在此基础上采用蒸汽实流检测的方法，结合计算流体力学及热力学，对涡街流量计和V锥流量计的计量特性进行了深入

4、研究和实验分析，得到了不同介质下涡街流量计和V锥流量计计量特性的差异；分析了产生该差异的机理；发现以水或空气为检定介质对蒸汽流量计进行标定，将会对计量结果产生一定的误差。因此，本文提出了采用水或空气替代蒸汽测量的仪表系数修正补偿方法，并利用CFD仿真软件对涡街和V锥流量计在不同介质条件下的流场进行了仿真分析。主要完成如下工作：利用计量标准装置对涡街流量计开展了空气、水、蒸汽三种不同介质的比对测试实验研究，得到了不同介质对涡街流量计的计量性能的影响差异，基于流体力学及卡门涡街的基本原理，建立了涡街流量计在蒸汽介质条件下的计量模型，并提出了不同介质条件下仪表系数的修正方法

5、，从而为实验研究构建了理论依据。利用CFD仿真软件对涡街流量计在不同的介质下进行了仿真分析验证。鉴于V锥流量计缺乏蒸汽介质条件下的实验和理论分析，本文在水、负压空气、正压空气、蒸汽装置上分别对不同口径、不同β值的实验样机，在不同工况条件下开展了可膨胀系数实验研究，得到了V锥流量计在空气和蒸汽介质中可膨胀系数的经验公式数学模型。利用CFD仿真软件对V锥流量计的可膨胀系数进行了仿真分析研究，从仿真流场解释分析了不同介质的差异的机理，验证了实验结论。实现了对V锥流量计空气和蒸汽介质中的可膨胀系数仿真预估。I研制了冷凝称重法蒸汽流量计量标准装置，对稳压容器、冷凝器进行分析计算

6、，并采用CFD仿真软件进行了优化设计，对装置的技术指标进行了实验验证和分析。关键词：蒸汽计量，蒸汽流量标准装置，涡街流量计，V锥流量计，可膨胀性系数，计算流体力学仿真IIABSTRACTVapourisanimportantcleansecondaryenergy,whichownthelargerproportioninenergyconsumption.Butcomparedwithwater,electricity,gasandotherenergymedium,vapourisdifficulttomeasureduetoitsuniqueandcomplex

7、physicalproperties.Accuratemeasurementofthesteamhasbeenadifficultmeasuringproblemintheworld.Themeasurementwidelyusesairorwaterinsteadofsteammediumfortraceability.Althoughthismethodhasobtainedgoodresults,butdon’treflecttherealconditionofsteamflowmeter,becausedifferentmediumwillc