闻旭东-设计附件3.文献综述

1、不同入射角度对旋进旋涡流量计性能的影响闻旭东（过程装备与控制工程09(1)班B09360120）1 前言温度、压力、流量是工业自动化领域的三大检测参数。流量测量在国民经济、国防建设、科学研究中都占有非常重要的地位。凡是涉及到具有介质的工艺流程，无论是气体、液体，还是固体粉末，都与流量测量有着密切的关系。随着我国工农业的发展，对流体测量有了越来越高的要求，特别是近年来，由于节能、综合控制和智能管理系统的出现，无论是从质量上，还是从数量上，都更加重视以过程状态量为中心的现场信息。由于各种流体，、煤气、天然气和石油产品等1，都是很重要的能源，只有做到准确测量，才能做到“节能有数、耗能有据”。流量测量

2、在国民经济中占有十分重要的地位和作用，因此需要更好的流量计2。2 流量计分类和特点流量测量有很长的历史，随着技术的发展特别是近40年来的电子技术的进步，流量测量的方法发生了巨大的变化。现在世界上所使用的流量计可大致分为传统流量计和新技术流量计这两类，如图1-1所示。传统的流量计主要包括流量计，喷嘴流量计及管流量计，传统流量计的主要缺点是测量范围小，相对比较而言涡轮流量计的测量范围较大3。旋进旋涡流量计具有下述特点：仪表内无活动，使用长，测量精确度高，可达1%，线性测量范围宽，量程比高达10:1，仪表示值几乎不受温度、压力、密度、成份、粘度等影响，输出为与流量或流速成正比的电脉冲频率信号，便于同

3、数字式仪表及电子计算机配套应用，较方便，更换检测元件不需要重新标定4。在新技术气体流量计中，较有发展前途是：时差式超声波流量计、质量流量计、流体振动型流量计（包括涡街流量计，旋进旋涡流量计和射流流量计）。图1-1 流量计分类目前流量计量的发展方向可归纳为以下几个方面：（1）采用新技术，研制新型流量计。随着科学技术的发展，超声波、激光、电磁、核技术及微型计算机等新技术引入流量计计量领域，使得无接触，无活动测量技术得到发展，流量传感器趋向电子化和数字化。（2）特殊流量测量方法的研究，如大流量、高粘性流体、极低温度流体、多相高压及低压气体流量测量等。（3）实测检定流量计的标准装置的研究。流量计的检定

4、目前大多采用离线检定法。使用该方法检定的流量计虽经误差修正但因其检定条件与流量计使用条件相差甚大，造成附加的使用误差，降低了测量准确度，实液标定法是解决这一问题的根本方法。目前移动式标准装置和标准流量计是人们比较重视的标准装置，但距实用还有一定距离。3 国内外旋涡流量计的发展历史及研究成果近几十年来适用于不同介质及工况条件的新型计量仪表相继问世，旋进旋涡流量计即为其中之一，它是近几十年来开发并投入市场的一种流体振荡式流量计，可适用于石油、蒸汽、天然气、水等多种介质的流量测量。图2-1 旋进旋涡流量计的结构原理图和起旋器外型标准公司在 70 年代初研制出最早的旋进旋涡流量计(Vortex Pre

5、flowmeter)，这种流量计与传统的容积式和叶轮式流量计相比，有更好的介质适应性。其量程范围和灵敏度又优于同期发展起来的涡街流量计和射流流量计，还有无运动、方便、可靠性高和不受流体组成、密度、温度影响等优点。20 世纪 70 年代，Dijsbergen5对旋进旋涡流量计性能进行了比较全面的实验研究，验证了该流量计线性输出特性，并且发现该流量计不易受介质黏度和密度影响，了旋进旋涡流量计在高压气体测量方面商业化应用前景。Furio 和 Gianfranco6对旋进旋涡流量计做了实际工况下的仪表特征测试，探索该流量计在计量领域应用的可行性。1987 年由工业自动化仪表和中国计量科学牵头，国内十多

6、家参加，开始制订涡街流量传感器的行业标准和国家计量检定规程7。1991 年Helnrichs8作了用差分传感器提高旋进旋涡流量计提高量程下限的实验研究。双传感器相对布置和三传感器 均匀布置情况下，压力差分信号的 RMS 值分别增大到单个传感器的 1.7 倍和 2.8 倍。1999 年 Cascetta9等对旋进旋涡流量计做了实际工况下的仪表特性实验研究。探索该流量计在计量领域应用的可行性，发现旋进旋涡气体流量计工作时振荡频率信号容易被外界振动与流体脉动噪声所干扰。和10对旋进旋涡流量计的起旋器进1999 年，浙江省苍南县三位仪表行了重新设计，将传统的螺旋形叶片改为直线型叶片，同时将叶片与起旋器

7、中心轴的夹角减少，增大流通面积，从而降低起旋器压损。2004 年开始纲11-13不仅对旋进旋涡流量计进行了数值模拟分析，研究了旋涡进动效应流场的演变情况，通过脉动流场物理模拟研究了流场干扰对旋进旋涡流量计流场进动效应的影响，还采用实验方法研究了流体脉动和传感器的安装对旋进旋涡流量计旋进旋涡效应特性的影响。14对起旋器进行改造将叶片改为不锈钢薄板制成的等变化率曲线，同时2005 年，将频率检测传感器设计为薄片形，相对于普通起旋器叶片呈螺旋形来说减少流量计的压力损失。15对旋进旋涡流量计进行了优化设计通过旋涡发生体的2006年的、叶片和主轴的夹角由原来的60变成45。叶片由六片到七片，得出了改进的

8、流量计压力损失上有了一定的减少并且测量下限也有所降低的结论。旋进旋涡流量计结构如图2-2所示。图2-2 旋进旋涡流量计结构二次仪表的开发以及从流体力学的特性角度对旋进旋涡流量计的研究都还有所欠缺，有很多没有解决如：旋进旋涡的流场情况是怎样分布的，传感器的安装对流量的影响，外部干扰对旋进旋涡流量计的影响，流场脉动对旋进旋涡流量计的影响等。这些问题不仅涉及到旋进旋涡流量计测量问题而且涉及到与其相关的广泛的流体力学现象，故对它们的研究不仅对进一步完善旋进旋涡流量计具有重要的工程价值而且具有重要的流体力学基础理论意义。本课题主要针对起旋器不同的入射角度对旋进旋涡流量计压损及仪表系数的影响进行研究，利用

9、三维建模Pro/E建模，FLUENT前处理Gambit进行网格划分，以空气为介质，利用FLUENT仿真，计算旋进旋涡流量计在不同入射角度下的压损变化及仪表系数的精确度。如图2-3为起旋器螺旋叶片入射角示意图。图2-3 起旋器螺旋叶片入射角示意图4 总结如上所述本课题针对目前工业生产中广泛的应用，市场前景广阔并最具发展前途之一的旋进旋涡流量计。目前国际上对于旋进旋涡流量计的研究还是比较少，产品还不是十分的成熟很完美，所以具有很高的研究价值。在国内浙江大学流体目前处于比较领先的地位，对旋进旋涡流量计进行了的各种优化设计，并完成一系列的理论研究，这对于提高流量计的使用率具有很大的推动作用。通过对起旋

10、器入射角度的变化从而达到减少压损变化和提高系统的精度的目的这个课题是很有发展前景的，和当前众多企业正在开发研究的新产品有很高的契合度。参考文献1蔡武昌. 流量测量仪表现状和发展J. 自动化仪表, 1996, 2: l62. 旋进旋涡流量计的原理探讨和结构优化D.:, 20043Dijsbergen.H. The Performance of a swir flowmeter. J.PhysicsJ. Seientific Instruments, 1970, 3:8868884于. LUXZ 旋进旋涡智能流量计的应用J. 石油化工自动化, 2003, 4: 825王文化. 智能涡街流量计J.

11、仪器仪表标准化与计量, 2004, 2, 26276FURIOC GIANFRANCOS. Field test of a swirlmeter fas flow measurementJ. Flow Measurement andInstrumenion, 1999, 10: 183188.7蔡武昌. 回顾和展望中国流量检测仪表的发展J . 航空计测技术, 2003, 3: l58Heinrichs. Flow Measurement by a new push- pull swirlmeter. Sensors and actuators J, 1991, 27: 8098139纲 , 张

12、刚 .ysis of signal characteristics of swirlmeter in oscillatory flow based onHilbertHuangTransform. MeasurementJ. 2012, 45(7): 1765178110,.旋进旋涡流量传感器P. 中国专利: 982076983, 1999-08-1111纲,. 旋进旋涡流量计旋涡进动效应的数值模拟研究J. 中国机械工程,2005, 16(5):40240612纲,. 脉动流场中旋进旋涡流量计流体振动特性的实验研究J. 计量学报, 2004, 25(1):384213纲,. 基于 FFT 相位判别的旋进旋涡流量计抗流体脉动