闻旭东-设计附件5.开题报告

1、PAGE PAGE 6浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班 级过程装备与控制工程09（1）班姓 名闻旭东课题名称不同入射角度对旋进旋涡流量计性能的影响开题报告目 录1 选题的背景与意义1.1 国内外研究现状和发展趋势1.2 课题研究意义2 研究的基本内容3 研究的基本内容与拟解决的主要问题3.1 研究思路方案3.2 可行性分析3.3 预期研究成果4 研究工作计划参考文献成绩：答 辩意 见内容符合要求，允许开题。答辩组长签名： 年 月 日系主任审核意见签名： 年 月 日旋进旋涡流量计起旋器对其性能影响的研究闻旭东(过程装备与控制工程09(1)班 B09360120)1 选题的背景与意义温度

2、、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。凡是涉及到具有流动介质的工艺流程，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，如水、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”。流量测量在国民经济中占有十分重要的地位和作用，因此需要更多更好的流量计2。1.1 国内外研究现状和发展趋势1

3、.1.1 旋进旋涡流量计定义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，旋进旋涡流量计是其中一种，是经过几十年来不断开发后投入市场的一种漩涡型流体振荡式流量计，可适用于石油、蒸汽、天然气、水等多种介质的流量测量3。旋进旋涡流量计是近年来才发展起来的一种新型旋涡型流体振动流量计，其原理是通过测量旋涡的脉动压力变化频率来推算流体的速度，从而得到流体体积的流量计。固定旋涡发生叶片使进入流量计的流体产生一个旋转运动，附加一个切向的速度到轴向运动的流体，这样就产生了连续的旋涡系列而构成一个旋涡流，称之为“涡势”，其中心为旋涡核（旋涡中心流），外围为环流。流体流经变送器收缩段时涡流加速，此时

4、，涡核直径沿流动方向逐渐缩小，而旋涡强度逐渐加强，达到扩大段时，由于旋涡急剧减速，压力上升，旋涡中心区的压力比周围低，于是就产生了回流。在回流的作用下，旋涡流偏离原前进方向，迫使旋转的涡核在扩大段作一种类似陀螺的运动。旋涡流的进动是贴近扩大段的壁面进行的，由于旋进旋涡频率与流体的流速成正比，因此测得旋进旋涡频率即能反映出流速和体积流量的大小，流量计结构图如图1-1所示。旋进旋涡流量计具有下述特点：仪表内无活动部件，使用寿命长，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，便于同数字式仪表

5、及电子计算机配套应用，维护较方便，更换检测元件不需要重新标定4。图1-1 旋进旋涡流量计简化结构图1.1.2 旋进旋涡流量计的发展背景和历史美国标准公司在70年代初研制出最早的旋进旋涡流量计(Vortex Precession 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，还有无运动部件、维护方便、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，Dijstelbergen5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

6、密度影响，指出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年由上海工业自动化仪表研究所和中国计量科学研究院牵头，国内十多家单位参加，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周向均匀布置情况下，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

7、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。1999年，浙江省苍南县三位仪表有限公司范叔沙和叶朋10对旋进旋涡流量计的起旋器进行了重新设计，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年彭杰纲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。2005年，王开悦14对起旋器进行改造将叶

8、片改为不锈钢薄板制成的等变化率曲线，同时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。2006年天津大学的张涛、蒋云飞15对旋进旋涡流量计进行了优化设计通过旋涡发生体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。1.1.3 旋进旋涡流量计的研究的主要问题目前，国内外在旋进旋涡流量计研究方面存在的问题是：1. 流体力学理论和实验研究与旋进旋涡流量计的工程应用联系薄弱。主要原因是流体力学工作者很少从流量计的角度对流体振动现象进行研究，使流体振动的基础研究无法对流量计的发展起到促

9、进作用。另一方面,二次仪表研究人员一般对流体力学不了解，他们无法从流体振动的角度对流量计进行研究。2. 对通过改变流道来增强流体振动强度的研究不够深入，虽然也有通过增加涡街发生体个数来增强流体振动信号的有关研究报道，但对未对双钝体涡街流量计进行系统研究，迄今为止尚未发展出工业用双钝体涡街流量计。缺乏对旋进旋涡流量计的流场的系统研究。3. 流体脉动对旋进旋涡流量计测量的影响尚未得到系统研究。4. 使用计算流体力学方法对旋进旋涡流量计的工作显得比较薄弱，特别是与实验能进行互相对照的工作很少16。1.2 课题研究意义对于旋进旋涡流量计的研究，迄今为止理论上仍停留在定性研究的水平，现在的计算方法虽然能

10、够定性模拟出旋进旋涡现象，但误差很大。对于类似旋进旋涡流量计流场规律的计算需要发展出计算精度更高的计算方法。起旋器的入射角改变能有效的提升旋进旋涡流量计的性能，加快旋进旋涡流量计的发展，使其能更好的满足工业上的要求。2 研究的基本内容本课题主要针对不同的起旋器（图2-1）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，利用三维建模软件Pro/E建模，FLUENT前处理软件Gambit进行网格划分，以空气为介质，利用FLUENT仿真软件，仿真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。图2-1 起旋器螺旋叶片入射角示意图3 研究思路方案、可行性分析及预期成果3.1 本课题的

11、主要任务1.利用三维建模软件Pro/E，完成起旋器、消旋器的三维实体建模，并完成旋进旋涡流量计流道的三维实体建模；2.利用Gambit对流道进行网格划分，选取合适的网格大小和网格结构，并进行网格无关性验证；3.对不同起旋器入射角度(55、57.5和60)的旋进旋涡流量计分别进行三维数值仿真，得出计算结果。3.2 可行性分析旋进旋涡流量计的优化经过前人的研究和发展，已经有了初步的成果，有相关文献可以参考。本设计的工作主要涉及力学、机械原理和机械设计等方面的知识，以及Pro/E，Gambit，FLUENT等设计工具，本人已学习了这些相关课程，并取得了较好的成绩，掌握了本设计所需的基本知识。指导老师

12、及其课题组在旋进旋涡流量计的相关研究方面和企业的相关项目相关，具有很多经验，本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果。3.3 预期研究成果分析得出不同的起旋器入射角对旋进旋涡流量计压损及仪表系数的影响 研究工作计划起止时间内容2012.11.26 2012.12.02确定毕业设计研究对象和内容2012.12.03 2012.12.23研究调研，完成开题报告、文献综述、外文翻译2012.12.11 2013.01.06提交外文翻译、文献综述报告、开题报告初稿，经指导教师审阅并进行修改2013.01.19 2013.01.25提交外文翻译、文献综述

13、报告、开题报告终稿，进行开题报告答辩2013.01.262013.02.26利用三维建模软件Pro/E，完成起旋器、流道、消旋器的三维实体建模2013.02.272013.03.03利用Gambit对模型进行网格划分2013.03.042013.03.17使用FLUENT进行数值模拟计算2013.03.182013.03.31毕业设计中期检查，计算结果后处理2013.04.012013.04.14根据计算结果对模型进行修改，并做进一步细化计算2013.04.152013.04.28完成毕业设计，撰写毕业设计论文，提交初稿；经指导教师提出修改意见，进行论文修改2013.04.292013.05.

14、12指导教师对毕业论文进行审阅；评议小组分组审阅2013.05.132013.05.26论文答辩参考文献蔡武昌. 流量测量仪表现状和发展J. 自动化仪表, 1996, 2: l6吴蕾. 旋进旋涡流量计的原理探讨和结构优化D. 天津: 天津大学硕士学位论文, 2004Dijstelbergen.H. The Performance of a swir flowmeter. J.PhysicsJ. Seientific Instruments, 1970, 3: 886888于颜波. LUXZ旋进旋涡智能流量计的应用J. 石油化工自动化, 2003, 4: 82王文化. 智能涡街流量计J. 仪器仪

15、表标准化与计量, 2004, 2, 2627FURIOC GIANFRANCOS. Field test of a swirlmeter for gas flow measurementJ. Flow Measurement and Instrumentation, 1999, 10: 183188.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: l5Heinrichs. Flow Measurement by a new push- pull swirlmeter. Sensors and actuators J, 1991, 27: 809813彭杰纲,

16、 张刚. Analysis of signal characteristics of swirlmeter in oscillatory flow based on HilbertHuangTransform. MeasurementJ. 2012, 45(7): 17651781范叔沙, 叶朋. 旋进旋涡流量传感器P. 中国专利: 982076983, 1999-08-11彭杰纲, 傅新, 陈鹰. 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): 402406彭杰纲, 傅新, 陈鹰. 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,