超聲波熱量表內(nèi)流場(chǎng)特性研究.pdf

1、超聲波熱量表是目前家庭供暖系統(tǒng)中常用的計(jì)量熱量消耗的儀表，本文主要研究基表內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)特性，采用方法包括數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)及PIV實(shí)驗(yàn)觀察等手段。首先針對(duì)兩種不同的表體構(gòu)型，結(jié)合試驗(yàn)校驗(yàn)的結(jié)果，通過(guò)數(shù)值模擬(CFD)初步得到基表內(nèi)流場(chǎng)特點(diǎn)及影響其測(cè)量精度的一系列參數(shù)，包括入口反射鏡形狀、雷諾數(shù)、測(cè)量管長(zhǎng)徑比等參數(shù);接著通過(guò)PIV實(shí)驗(yàn)，對(duì)流動(dòng)細(xì)節(jié)有進(jìn)一步的了解，以考察熱量表本身的適應(yīng)性以及與測(cè)量精度密切相關(guān)的流動(dòng)機(jī)理。具體開展的工作主要包

2、括:
　　根據(jù)超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理，確定沿兩塊反射板之間中心線上的速度積分，是影響其測(cè)量準(zhǔn)確性的重要參數(shù)，而速度積分的大小及分布規(guī)律與內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)特性密不可分，其中流動(dòng)大致經(jīng)歷了三個(gè)階段:1、流動(dòng)經(jīng)過(guò)前端第一個(gè)反射裝置的繞流后形成兩股射流，同時(shí)在反射鏡背面形成一段流動(dòng)“靜水區(qū)”，其中射流的方向及強(qiáng)度、“靜水區(qū)”面積的大小和穩(wěn)定性受入口形態(tài)影響。2、兩股射流在測(cè)量管前端處匯合，此時(shí)中間部分流速較快，流動(dòng)介質(zhì)在相對(duì)狹小的空間（測(cè)量管

3、內(nèi)）通過(guò)不斷的能量交換后，流動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定。3、經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)展后的管流流動(dòng)，流經(jīng)第二個(gè)反射裝置后再次形成兩條射流流出測(cè)量管。綜合比較兩款不同熱量表的流場(chǎng)特性及實(shí)際測(cè)量準(zhǔn)確度，得出影響其測(cè)量的參數(shù)主要包括:反射鏡的形狀及大小、測(cè)量管的長(zhǎng)徑比及流動(dòng)的雷諾數(shù)等?；谝陨线@些考慮因素，提出了一套改進(jìn)優(yōu)化方案，主要是，1、在入口前端安裝一個(gè)喉道結(jié)構(gòu)，以起到整流效果;2、采用立柱型反射鏡，并在工藝上盡量制作圓滑，避免尖銳部件產(chǎn)生流動(dòng)分離;3、測(cè)量

4、管前端增加喇叭口狀的導(dǎo)流構(gòu)型，使流動(dòng)盡量平順過(guò)渡;4、增大測(cè)量管的長(zhǎng)徑比，使流動(dòng)盡快發(fā)展到穩(wěn)定狀態(tài)。改進(jìn)后的熱量表模型性能明顯改善，達(dá)到預(yù)期目的。
　　采用PIV(Particle Image Velocimetry)測(cè)量手段，進(jìn)一步考察了熱量表的流動(dòng)特性。首先針對(duì)前端安裝直管段時(shí)，不同流量條件下的流場(chǎng)特性建立基本認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低流量條件下，流場(chǎng)存在明顯的不穩(wěn)定演變和非定常流動(dòng)特征。進(jìn)一步針對(duì)實(shí)際中常遇到的前端安裝球閥的工