【摘要】：本文目的是研究管內(nèi)溫度場的分布情況,通過優(yōu)化前后模擬云圖和實驗數(shù)據(jù)對比,對計量裝置加熱器進行布局,以保證計量裝置內(nèi)部溫度場分布均勻。本文研究思路為:案例分析→方案選取→計算機仿真→試驗臺搭建→計量裝置應用測量→結(jié)果分析→FLUENT模擬優(yōu)化→優(yōu)化后計量裝置搭建→數(shù)據(jù)測量驗證→應用拓展。本文利用ICEM軟件建立軸心為加熱棒,外部為鋼管的模型。通過O-block切分得到結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,經(jīng)過網(wǎng)格加密和無關性檢驗后導入FLUENT。確定影響溫度場分布的傳熱方式為溫度引起密度差而產(chǎn)生的空氣自然對流后,進行FLUENT參數(shù)設定,尤其是設置重力。進行溫度、壓力和速度云圖分析,確定熱電偶測點繞管壁環(huán)形布置。本文依據(jù)GBT10296-2008《絕熱層穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測定圓管法》搭設計量裝置。本次實驗鋼管長1000mm,直徑100mm,加熱棒長900mm,直徑20mm,兩端頭縮進50mm,固定于鋼管軸心,橫向放置狀態(tài)下進行實驗,觀測主管和隔縫最近12組數(shù)據(jù)波動情況,分析:(1)主管道8測點最大溫差;(2)隔縫處最大溫差;(3)隔縫與主管1、8號測點溫差;(4)主管最高點和最低點溫差。1.試測100℃工況下,12組數(shù)據(jù)溫差浮動1%左右,實驗數(shù)據(jù)不隨時間變化,處于穩(wěn)定狀態(tài),主管段數(shù)據(jù)最大溫差在1%左右,隔縫處最大溫差也在1%左右,實驗數(shù)據(jù)滿足正式測試要求2.第一次400℃工況下,12組數(shù)據(jù)最大溫差浮動3%,有明顯的先降后升,未達穩(wěn)定狀態(tài),得出結(jié)論,測量前的穩(wěn)定時間由5小時延長至7小時。3.第二次400℃工況下,12組數(shù)據(jù)最大溫差浮動0.8%,不隨時間變化。(1)主管道8測點最大溫差32.9℃,浮動8.5%,不超過10%;(2)右隔縫最大溫差2.9�！�,浮動0.8%,左隔縫2.5�！�,浮動0.7%,均不超過1%;(3)1點與隔縫14點溫差8.2℃,浮動2.2%,8點與隔縫23點溫差13.2℃,浮動3.5%,超過2.5%;(4)主管相鄰高位測點5與低位測點4,高差50mm。溫差7.5℃,浮動1.8%。4.進行重復性實驗。取5次實驗各測點溫度平均值作相關性分析,主管測點最大偏差率1.9%,兩隔縫測點最大偏差了分別為1.7%、1.5%,滿足規(guī)范GBT10296-2008中不超過2%的要求。由此證明計量裝置在相同實驗條件下能夠提供相近示值。針對該模型下的溫度云圖仍存在溫度場分布不均勻和實測數(shù)據(jù)不精確的問題,本文做了優(yōu)化。選擇FLUENT調(diào)整模型,順序如下:第一步將加熱棒向y軸負方向偏移20mm,第二步采用兩根加熱棒分別設置軸向向與軸正負方向各偏移20mm,第三步采用6根加熱棒均勻分布在圓管壁附近的布置方式,鋼管管徑增至360mm。優(yōu)化后管內(nèi)(尤其近管壁處)溫度場分布均勻。依據(jù)最終優(yōu)化模型搭設計量裝置進行測量:1.實驗的12組數(shù)據(jù)最大溫差浮動0.3%,不隨時間變化。(1)主管道8測點最大溫差縮小,為9.2℃,2.3%;(2)隔縫最大溫差變化不大,分別為4.0℃、0.8%和2.1℃、0.5%;(3)主管與隔縫溫差縮小,分別為2℃、0.5%和8.6℃、2.1%;(4)主管高低測點,高差增加,溫差卻依然縮小,為1℃,0.2%。2.進行重復性實驗。取5次實驗平均值作相關性分析,得出主管最大偏差率為0.2%,隔縫處分別為1.6%、1.3%,滿足規(guī)范要求。對比發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后溫度場分布更加均勻,數(shù)據(jù)更加精確,經(jīng)相關分析,優(yōu)化后重復實驗示值更相近,優(yōu)化方案合理可行。最后本文在250mm管徑和600mm管徑兩種條件下,分別貼近管壁均勻設置4根、8根加熱棒,通過計算機模擬溫度場分布,驗證在其他管徑下運用FLUENT的可行性。結(jié)果顯示,在更大管徑模型中通過再次加密加熱棒的方式可以提升模擬效果,管內(nèi)溫度場更加均勻。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM623
【圖文】：

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包含在 ANSYS 旗下的一款網(wǎng)格劃分軟件，具備幾何建能，它具有以下幾大優(yōu)勢：有好的操作界面豐富的幾何輸入接口及網(wǎng)格輸出接口比較完善的幾何建模工具多種多樣的網(wǎng)格形式—可以形成混合網(wǎng)格可實現(xiàn)復雜的多流域問題快速生成網(wǎng)格的功能更多的網(wǎng)格質(zhì)量測量標準以及網(wǎng)格的快速修復能夠生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格夠生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，講的是通過劃分 block 的形式建立規(guī)則網(wǎng)網(wǎng)格質(zhì)量，為 FLUENT 模擬節(jié)省了巨大的時間。ICEM 的操作

【參考文獻】

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本文編號：2728217