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1、基于數(shù)值仿真與PIV的楔形流量傳感器流場(chǎng)研究StudyofWedgeFlowmeterFlowFieldBasedonNumericalSimulationandPIV一級(jí)學(xué)科：控制科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置研究生：胡岳指導(dǎo)教師：張濤教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二〇一四年五月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過
2、的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日我是愛天大的??！學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)摘要數(shù)值仿真是研
3、究流量測(cè)量?jī)x表的重要手段。數(shù)值仿真與實(shí)流流場(chǎng)的一致性一直是該領(lǐng)域科研人員不懈努力追求的目標(biāo)。實(shí)流流場(chǎng)信息的獲得，必須依靠先進(jìn)的流場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)。粒子圖像測(cè)速技術(shù)（PIV）是近些年出現(xiàn)的一種流場(chǎng)觀測(cè)新技術(shù)。很多科研人員將數(shù)值仿真與PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)相結(jié)合，在驗(yàn)證數(shù)值仿真與實(shí)流流場(chǎng)一致性的同時(shí)，進(jìn)一步揭示流場(chǎng)內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理。本論文將數(shù)值仿真、PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，以楔形流量傳感器流場(chǎng)為平臺(tái)，提高了數(shù)值仿真準(zhǔn)確性，揭示了流場(chǎng)流動(dòng)細(xì)節(jié)特征?；诨旌蠈恿鲃?dòng)的簡(jiǎn)化湍流模型，對(duì)雷諾應(yīng)力封閉方程進(jìn)行了研究。將湍流模型中的參數(shù)a1與分離流
4、動(dòng)物理機(jī)理聯(lián)系起來，得到參數(shù)a1對(duì)仿真結(jié)果的影響。以3種分離流場(chǎng)為例，驗(yàn)證理論分析結(jié)論?；诜蔷€性渦黏性理論，利用FLUENT軟件中的UDF技術(shù)，對(duì)湍流模型經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，得到流場(chǎng)流線圖、回流區(qū)長(zhǎng)度、渦心位置、回流區(qū)邊界等流場(chǎng)時(shí)均流動(dòng)信息。獲得流場(chǎng)統(tǒng)計(jì)量平均結(jié)果。通過分析流場(chǎng)數(shù)據(jù)，獲得流場(chǎng)瞬態(tài)流動(dòng)情況，揭示楔形流量傳感器流場(chǎng)中楔形下游渦旋脫落、發(fā)展和消失的全過程。將PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化湍流模型參數(shù)a1的設(shè)置，使流場(chǎng)回流區(qū)長(zhǎng)度的數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)流流場(chǎng)更符合。將數(shù)值仿真與PIV實(shí)驗(yàn)相結(jié)
5、合。對(duì)5種截面的楔形流量傳感器流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，與PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到不同湍流模型對(duì)流場(chǎng)仿真的影響；分析了參數(shù)變化對(duì)數(shù)值仿真的影響。通過數(shù)值仿真，彌補(bǔ)PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的局限性，詳細(xì)說明楔形下游流向二次渦流動(dòng)對(duì)回流的影響。通過對(duì)比數(shù)值仿真和PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的流線圖，說明參數(shù)修正對(duì)數(shù)值仿真的重要性?；跀?shù)值仿真和PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，提出7種楔形流量傳感器，并進(jìn)行流量測(cè)量研究。得到流出系數(shù)、重復(fù)性等流量測(cè)量性能參數(shù)。綜合比較數(shù)值仿真結(jié)果、PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果和流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證數(shù)值仿真和PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)對(duì)流量測(cè)量結(jié)果預(yù)測(cè)的
6、一致性。得到一種線性度和重復(fù)性均較好的楔形阻流件截面形狀。基于流場(chǎng)分析，通過數(shù)值仿真和流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)楔形下游幾個(gè)取壓位置的測(cè)量性能進(jìn)行了研究，得到了測(cè)量性能最佳的下游取壓位置。將數(shù)值仿真、PIV實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)三種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于流量傳感器研究的方法，可以拓展到其它類型的流量傳感器的設(shè)計(jì)和研究中去。關(guān)鍵詞：模型參數(shù)；數(shù)值仿真；PIV；楔形流量傳感器；測(cè)量性能萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTNumericalsimulationtechnologyisanimportantresearchtoolforstudiesan
7、doptimizationofflowmeasurementinstrument.Thesimilaritybetweennumericalsimulationandrealflowfieldhasbeenthefocusofmanyresearchers.Togetrealinformationofflowfield,wemustrelyonadvancedexperimentalmethods.Particleimagevelocimetry(PIV)isanewflowvisualizationtechnique.Ma
8、nyresearcherscombinenumericalsimulationandPIVexperimentstoverificatethesimilarity,whilerevealingtheinternalflowfieldflow.Basedonwedgeflowmeter,th
