本文關(guān)鍵詞：分輸站典型阻流元件對超聲流量計性能影響的仿真及優(yōu)化

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【摘要】：為了天然氣貿(mào)易計量過程的經(jīng)濟利益不受到影響,現(xiàn)場計量管段中對天然氣流量的準確測量及控制顯得尤為重要。而與傳統(tǒng)流量計相比,超聲流量計具有非接觸測流、重復性高、測量范圍寬、測試操作簡單、安裝方便等優(yōu)勢,近年來超聲流量計在天然氣工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛運用。對于存在各類阻流元件的工業(yè)計量現(xiàn)場,由于安裝空間和鋪設成本等限制,造成流量計上游直管段的長度常常無法滿足標準規(guī)范的要求,導致流體進入流量計時未能達到充分發(fā)展狀態(tài),降低了超聲流量計的測量性能。本論文針對存在空間安裝限制的現(xiàn)場計量管段,為提高其超聲流量計的測量穩(wěn)定性及可靠性為目的,選擇采用理論分析、現(xiàn)場實驗和CFD數(shù)值仿真三種研究方法,具體研究如下： (1)針對存在安裝限制的南京某分輸站現(xiàn)場計量管段,根據(jù)其安裝結(jié)構(gòu)利用FLUENT,采用標準k-ε湍流模型進行數(shù)值模擬,并在該計量管段上完成相應輸量條件下的實驗測量,將實驗測量結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比。得到實驗測量與仿真模擬的流量示值誤差隨輸量的變化趨勢一致,且兩者偏移范圍為0.16%-3.73%,驗證了CFD仿真模擬方法的可行性及合理性；同時可看出南京某分輸站現(xiàn)場計量管段中流量計上游直管段長度不能滿足標準要求及實際情況所需的安裝條件。 (2)在無阻流元件的計量管段上開展了現(xiàn)場測量實驗,將測量結(jié)果作為后續(xù)研究的基準數(shù)據(jù)；建立了兩類常見阻流元件計量管段的幾何模型,并利用FLUENT軟件分別對兩類計量管段進行仿真模擬。在流量計測量范圍內(nèi),分別對比理想流態(tài)與帶阻流元件的非理想流態(tài)、阻流元件下游相同雷諾數(shù)但不同管徑、含有不同尺寸阻流元件的計量管段計算結(jié)果,分析以上三方面對氣體速度場分布及超聲流量計測量性能的影響規(guī)律。得到匯管對氣體速度場的擾動強度大于漸縮管；匯管下游計量管段內(nèi)無雷諾相似規(guī)律,漸縮管下游計量管段內(nèi)具有雷諾相似規(guī)律；得到所研究的各類不同型號尺寸的阻流元件中,對氣體速度場擾動最強的阻流元件為DN300×2600型號的匯管。 (3)基于對氣體速度場擾動最強的阻流元件,引入流動調(diào)整器來優(yōu)化其計量管段結(jié)構(gòu),提出整流效果評定方法,利用CFD數(shù)值模擬對優(yōu)化方案進行效果評定；并將帶匯管、無阻流元件的基準實驗、帶匯管和整流器三種不同安裝條件下的流量示值誤差進行對比,分析三種安裝條件下超聲流量計測量性能情況。得到流量計上游存在DN330×2600匯管,且整流器下游L8D時,能使匯管及整流器下游管內(nèi)氣體流場達到充分發(fā)展狀態(tài),仿真流量示值誤差趨于穩(wěn)定；得到計量管段帶匯管和整流器時,流量示值誤差變化趨勢及大小與不帶阻流元件的基準實驗測量數(shù)據(jù)基本一致,兩者的偏移范圍在0.03%-0.2%,且兩者的流量示值誤差均符合相關(guān)標準規(guī)定的超聲流量計最低性能要求,驗證了流動調(diào)整器的整流作用。
【關(guān)鍵詞】：超聲流量計 速度場分布 示值誤差 CFD 整流器
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH814.92;TE863.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 研究目的及意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 換能器安裝效應9-11
• 1.2.2 流場適應性11-12
• 1.2.3 超聲流量計標準化12-13
• 1.2.4 研究方法13-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容及技術(shù)路線14-17
• 1.3.1 研究內(nèi)容14-16
• 1.3.2 技術(shù)路線16-17
• 第2章 現(xiàn)場計量管段典型元件及工藝流程17-25
• 2.1 超聲流量計17-23
• 2.1.1 流量計選型17-19
• 2.1.2 超聲流量計基本原理19-21
• 2.1.3 超聲流量計安裝要求及性能指標21-23
• 2.2 現(xiàn)場計量管段工藝流程23-24
• 2.2.1 帶匯管計量管段23-24
• 2.2.2 帶漸縮管計量管段24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 第3章 分輸站計量管段CFD仿真與實驗對比25-46
• 3.1 CFD數(shù)值計算基礎25-33
• 3.1.1 通用變量方程25-27
• 3.1.2 有限體積法-SIMPLE算法27-31
• 3.1.3 湍流模型31-33
• 3.2 氣體速度分布33-37
• 3.2.1 層流與湍流33
• 3.2.3 理想流速分布規(guī)律33-35
• 3.2.4 求解平均流速35-37
• 3.2.5 速度分布畸變37
• 3.3 CFD仿真37-42
• 3.3.1 幾何建模37-38
• 3.3.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗證38-39
• 3.3.3 仿真結(jié)果分析39-42
• 3.4 實驗測量42-43
• 3.4.1 實驗方案42
• 3.4.2 實驗測量數(shù)據(jù)42-43
• 3.5 實驗與仿真結(jié)果對比分析43-44
• 3.6 計量管段流場特性仿真及優(yōu)化總體框架44-45
• 3.7 本章小結(jié)45-46
• 第4章 帶阻流元件的計量管段CFD流場仿真46-101
• 4.1 基準實驗與帶阻流元件管線46-50
• 4.2 阻流元件為匯管的計量管線流場仿真50-77
• 4.2.1 匯管對測量誤差的影響50-57
• 4.2.2 雷諾相似性分析57-66
• 4.2.3 匯管尺寸對測量誤差的影響66-77
• 4.3 阻流元件為漸縮管的計量管線流場仿真77-99
• 4.3.1 漸縮管對測量誤差的影響77-85
• 4.3.2 雷諾相似性分析85-93
• 4.3.3 漸縮管尺寸對測量誤差的影響93-99
• 4.4 本章小結(jié)99-101
• 第5章 基于CFD計量管段優(yōu)化101-112
• 5.1 流動調(diào)整器概述101-102
• 5.2 流動調(diào)整器效果評定102-104
• 5.2.1 流速穩(wěn)定性判定102-103
• 5.2.2 整流效果評定103-104
• 5.3 計量管段結(jié)構(gòu)優(yōu)化104-110
• 5.3.1 建立幾何模型104-105
• 5.3.2 優(yōu)化后流場穩(wěn)定性驗證105-109
• 5.3.3 示值誤差對比109-110
• 5.4 本章小結(jié)110-112
• 第6章 結(jié)論與建議112-114
• 6.1 結(jié)論112-113
• 6.2 建議113-114
• 致謝114-115
• 參考文獻115-118
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果118

【參考文獻】

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本文編號：550479