非侵入式質(zhì)量流量測量原理的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)中需要進(jìn)行流量測量和流量狀態(tài)檢測，在流量測量的同時要克服工業(yè)生產(chǎn)中高粘度、腐蝕性的流體介質(zhì)以及對精度和壓損等的要求。在充分考慮了流量計的工作環(huán)境和測量要求基礎(chǔ)上，同時對現(xiàn)有各式流量計做了仔細(xì)分析之后，本文提出了一種新型的非侵入式質(zhì)量流量測量原理。
　　非侵入式質(zhì)量流量測量原理是利用重力場下流體介質(zhì)質(zhì)量流量變化時，流體介質(zhì)重力和流體介質(zhì)內(nèi)壓對管壁造成的綜合應(yīng)力作為切入點，采用應(yīng)變測量技術(shù)采集管壁應(yīng)變，然后建立管壁應(yīng)變差與流體

2、流量的線性方程，最后通過實時采集管壁應(yīng)變差計算對應(yīng)質(zhì)量流量以實現(xiàn)質(zhì)量流量的非侵入式測量。
　　首先結(jié)合材料力學(xué)、彈性薄殼力學(xué)及管道流體力學(xué)等推導(dǎo)出流體介質(zhì)管壁的綜合應(yīng)變模型，經(jīng)過細(xì)致分析后初步得出管壁應(yīng)變差與流體質(zhì)量流量的理論公式，證實了基于重力場的質(zhì)量流量測量原理的可行性，并為后續(xù)仿真分析和實驗研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　其次考慮到管壁應(yīng)變是介質(zhì)流體與管道結(jié)構(gòu)在耦合狀態(tài)下的綜合作用，故采用流固耦合作用(FSI)來進(jìn)行管壁應(yīng)變

3、的數(shù)值模擬，應(yīng)用ANSYS Workbench軟件中FLUENT(流體動力學(xué)分析模塊)和Static Structural（靜力學(xué)線性分析模塊）進(jìn)行單向流固耦合模擬:先在流體動力學(xué)分析模塊中求解流體介質(zhì)流場的運動狀態(tài)和壓力分布規(guī)律，然后在靜力學(xué)線性分析模塊中將流體介質(zhì)的流場壓力作為載荷加載到管道和流體的耦合面上，施加重力場后求解出在管壁表面的應(yīng)變分布規(guī)律。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，擬合出管壁中頂部和底部軸向應(yīng)變差與流體流量呈現(xiàn)出較好的線性擬合特性，

4、進(jìn)一步證實了非侵入式質(zhì)量流量測量原理的可行性。
　　依靠實驗室現(xiàn)有管道實驗臺，利用全橋應(yīng)變片和uT7816動靜態(tài)應(yīng)變采集分析儀搭建應(yīng)變采集分析系統(tǒng)。依據(jù)仿真分析結(jié)果，選擇標(biāo)準(zhǔn)阻值為1000Ω的四片高精度應(yīng)變片分別貼在實驗管道（仿真得到的應(yīng)變最大值處）的頂部和底部組成全橋方式，再接入測量系統(tǒng)以獲得最佳數(shù)據(jù)。實驗過程中應(yīng)變采集系統(tǒng)能有效采集到應(yīng)變差且反應(yīng)靈敏，經(jīng)過多次實驗，并記錄、處理實驗結(jié)果。實驗數(shù)據(jù)的擬合直線也達(dá)到了較好的線性度和