超聲波熱量表內(nèi)水流特性的數(shù)值模擬及研究.pdf

1、隨著我國供熱體制的全面改革，按熱計(jì)量收費(fèi)方式被廣泛推行，這促使熱量表行業(yè)得到迅速發(fā)展。超聲波熱量表以其獨(dú)特的優(yōu)勢，占據(jù)著相當(dāng)一部分的市場份額。但由于我國現(xiàn)有的超聲波熱量表技術(shù)水平有限，與國外同類產(chǎn)品還存有一定的差距，因此迫切需要對超聲波熱量表進(jìn)行深入研究。CFD技術(shù)在工程流體領(lǐng)域方面廣受應(yīng)用，如何將數(shù)值模擬方法融入到超聲波熱量表基表內(nèi)的水流特性分析中，對超聲波熱量表的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文首先論述CFD技術(shù)的基本

2、原理及工作過程，介紹常用的CFD商用軟件，分析數(shù)值模擬方法及建模過程，對自行設(shè)計(jì)的一款超聲波熱量表基表進(jìn)行數(shù)值模擬，通過流場圖譜探討基表內(nèi)復(fù)雜的水體流動狀態(tài)。其次，以此為基礎(chǔ)建立水流特性影響因素模擬試驗(yàn)，分別對反射裝置直徑(d)、超聲波換能器露出高度(H)、縮管直徑(D)及兩反射裝置在中心軸線上的距離（L）等因素進(jìn)行參數(shù)改變時，通過模擬所得的K系數(shù)分布規(guī)律及K系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的情況，研究各因素對基表內(nèi)水流特性的影響。反射裝置直徑適當(dāng)減小能改善

3、流場品質(zhì)，但尺寸過小又不利于超聲波信號的反射傳輸。超聲波換能器露出高度較小時在入口反射裝置反射面處會形成較大的漩渦范圍，而較大則于出口反射裝置頂端出現(xiàn)同樣的影響狀況。適當(dāng)縮小縮管直徑對流場有整流作用，過小則出口反射裝置頂端的漩渦范圍增大，同時也不利于超聲波信號的完整傳輸。增大反射裝置軸向距離，可有效消除因反射裝置擾動而產(chǎn)生的漩渦，但其選取狀況受生產(chǎn)成本及其他影響因素所制約。綜合所得，d=14mm、H=12.4mm、D=14mm和L=84

4、mm為各影響因素的較優(yōu)值。
　　基于上述的研究，初步擬定一款較優(yōu)產(chǎn)品進(jìn)行試生產(chǎn)，并與現(xiàn)有主流產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)值模擬比對。同時建立檢定實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行實(shí)際綜合性能分析，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。通過模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明所選較優(yōu)產(chǎn)品測量精度較高，適用于后續(xù)進(jìn)一步優(yōu)化研究。在其基礎(chǔ)上，本文最后通過改變基表縮管的形狀尺寸和采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，對內(nèi)管超聲波信號的傳輸規(guī)律情況進(jìn)行深入探究。結(jié)果顯示，大縮管直徑、縮管中加入內(nèi)螺紋和采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，都有利于提高測量精度。