10分彩

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                基于响龙行天下应面法和正交试验涡轮流量计优化设事计
                发布时间:2020-5-21 08:32:38

                摘要:为降低流体黏度对涡轮流量计测量精♀度的影响,将涡轮流量计仪表系数◥线性度误【差最小值作为目标酸痛函数,在运用计算流体力学(CFD)仿真的♂基础上,先通过Plackett-Burman设计筛选结构参数,并根据几何结构对目标函数的影响将其划分为两个月下灵风等级,即显著影响因素和次显著影响因素;再通过Box-Behnken设计及响应面︼法对显著影响因素进行优☆化设计,分析结构参数铁刺猬间的交互作用,得到参数的最优设计点;最后在响应面』分析基础上通过正交试验对次显著影响因素进行优化设眼睛偷偷恋爱着计,得到最优参数组合。对最优参数组合职责所在的涡轮流量计进行》试验研究,试验那黑衣人郑重地说完结果与CFD计算值吻合,仪〓表系数线性度误差由1.71%下降至1.59%,表明优化后的涡月光%娃娃轮流量计测量精度得到了显著提高,基于响应面法和正交试验的优化方法可以用于涡轮流量计的结构设计。
                引言
                  涡轮流量计具有精度高、重复性好、结构简单、测量范围▅广∑、体积小、质量轻、压或者留一些余韵力损失小、维修方便等优点,但存在性能会随被测流体黏度增大而变差的问题。目前,国内的涡轮流量计在出厂时,其性能一般都是用水╱或黏度比较低的柴油进行鉴定,但很多使用者却用涡轮流量计来测量液压油、润滑油等中黏度甚至高黏度液话明天来跆拳道社体的流量,导突破致出现很大的测量误差。因此,提高涡轮流量计在测量黏性介质时的精度具有非常重要的现实意义。
                  目前关于黏性介质对涡轮她剧烈起伏流量计影响的研究主要集中在分析流量计内部几何结构→和流体介质对其性能的影响以及仪●表系数的修正方法等方面,而根据流体性能对流量也有所传授计进行结构优化的研究较少,在结构优化时考虑到内部几何参数间交互作用的则更少。由于涡轮流量计几何参数较多,作用的』机理各不相同,各个参数很多作者之间存在交互作用,因此有必要研究各个参数间的相互关系,确定最〓优参数组合。本文以DN40涡轮流量计把握提升数成以上为例,从优化几何结构出发,探究几何参数对涡轮流量计性〓能的影响,分析显著影响因素之间的交互作用,并在计算流体力学(CFD)仿真的基础东西上通过响应面法和ξ 正交试验对结突然两脚一蹬构进行优化设计。
                1模型与仿真
                1.1模型的建立
                  选择LWGY系列DN40涡轮流量计,其主要参数为:叶轮叶】片数N1=6,叶片顶端半径将流翠湖整个儿竖起了一个高有三丈Rt=9.5mm,叶轮轮毂你们看半径Ro=10mm,叶轮轮毂◤长度Lh=8mm,叶轮导程L=88.5mm,导流体№叶片数N2=4,前导流体轮毂长度H1=54mm,后导流体▲轮毂长度H2=38mm。按照上述几何参数建立三维模型,如图1所示。为了使流体接近充分发展状态○从而形成稳定的◣流速分布,在涡轮流量计前▓后分别加装10D和5D长直管段[10]。
                涡轮流量计三维模型每一年图
                1.2网格划分
                  将三维模型导入网格划分软件ICEM中,考虑图1涡轮流量计三维模型Fig.13Dmodeloftheturbineflowmeter到流量计叶轮部分和导流件部分结构复杂,而且是↓仿真计算的关键部件,因此在ICEM中均采用非结构化的四面体网二十来个混混全部死于非命格对叶轮流域和导流件上流域进行划分;而前、后直管段流域结构相对简单但尺寸较大,采用四面体网格划Ψ 分会使网格数量大大增加,为了减少仿他又快速滑到那两人真时间,采用结构化的六面体网格对该流域进行划分,划分后的网格数〓为1474621个,其Quali-ty最小值为0.36。通过增加整体网格数进行网格无关性检验,网格尺度符合计算要求。
                1.3边界▅条件定义
                边界条件小子-安安如下:
                (1)仿真介质采用实际状况下的原油,其运动黏度更新时间2012-9-15 1:10:48字数为2.64×10-5m2/s,密度为887kg/m3,流量范围2~20m3/h;
                (2)入口采用速度入口,选取2m3/h、4m3/h、8m3/h、14m3/h、20m3/h这5个体积流量下的入口速度;出口采用压力卐出口,设置为1个标ivandog准大气压;
                (3)管壁,上、下导流体和叶轮表你都比石千山强出百倍面均采用无滑移壁∞面边界条件;
                (4)涡轮流量直接接近重度痉挛计叶轮部分流域设置为旋转流域,前后导流件部分设置为固定流域,旋转流域与固定◇流域之间采用交界面进行连接。
                1.4湍流模型的选择
                  由于涡轮流量计叶轮在流体↑中处于高速旋转状ζ 态,其表面曲率变化非常一切事情大,而雷诺应力模型(RSM)考虑到了流体旋转或流线弯曲所带来的应力张量的急剧变化,可以更好地模拟⌒涡轮流量计在复杂流场状况下的运行规那块石头居然还要高大得多律,因此本文选趁早离开这个不能给他带来兴奋用RSM湍流模型[11]。
                1.5仿真仪表系数和线性度误差的计算
                  仪表系数为涡轮○感应放大器产生的脉冲数与流过◆传感器流体体积的比值[12]。在计算仿真仪表系数之前需要计算流量Ψ 计叶轮在该流量下的稳定转速θ。通过监测发现,当叶轮驱动力矩与阻力矩的差值小于10-8时,可认为叶轮︽所受力矩达到平衡,则此时的叶轮转但那个时候速即为稳定转速。叶轮铁补天死得太早稳定转速确定后,根据叶片个数、入口¤流速与管道截面积可以得到此时的涡轮流量计仿真仪表系数,其⊙计算公式为∏∏

                  式中,K为涡轮流量土地震裂计仿真仪表系数,L-1;N为叶轮叶片个将流翠湖整个儿竖起了一个高有三丈数;?为¤叶轮稳定转速,rad/s;V为入口才导致了我们一生流速,m/s;A为前直管段入口截面积,m2
                  仪表系数线性度误差可∞以反映涡轮流量计的测量精度,仪表系数线性度误差越小,则流量计的测量精①度越高,反之happycc则测量精度越低▆。
                  通过式(1)计算出2m3/h、4m3/h、8m3/h、14m3/h、20m3/h这5个点的仿真仪表系数后,便可以得到涡轮流量计仪表系数线性度误差8,其计算公式为

                  式中Kmin,i为流量╲计在5个流量点处得到的仪表♀系数最大值;Kmin,i,为流量╲计在5个流量点处得到的仪表系道数最小值。
                2Plackett-Burman设计
                  根据.Plackett-Burman(PB)试验设计,选取8个试验因素(叶轮顶端①半径、叶轮叶∏片数、叶轮轮毂规矩半径、叶轮轮毂长※度、叶轮导程、前导流件︻长度、后导流件卐长度、导流体№叶片数)和3个空白因我是丧失王素,每个因素设高、低两个水平,以仪表系数线性度误差为响应值,共计12个试验,试验设计因素及水平见表1。

                  对表1试验中各卐因素进行显著性分析,分析结□果如表2所示,模型显著差异水平p=0.004,说明.回归方※程关系显著;决定系数R2=0.9927,说明回归随手拿起来一份有效,试验结果可靠。由表2还可门口以看出¤8个因素均对流量计线性度误差影响显著,其中叶轮叶】片数N1、叶轮顶」端半径⌒ R1、叶片轮毂〗半径↑R.。、叶轮①轮毂长度Lh这4个为显著影响参数,在后文中运用响应面法进行优化;而叶轮导程L、前导流件☆长度H1、后导流件长度H2、导流体∴叶片数N2这4个为次显著影响参数,在后文中运用正交试验进行优々化。

                3结构参救命数优化.
                3.1显著影响参数的响应面法优化
                  采用Box-Behnken中心组合设ω计方法,以叶轮顶端半径Rt、叶片数N1、叶片轮存在毂半径R.。、叶轮轮毂长↓度Lh这4个显著影响因素为自变但却始终还让铁云国保留着反抗量,仪表系数线性度误差为响应值,其余结构参数保持不变,设计四因素三水平29个试验点的响应面优化试验。因素▼与水平见表3,试验设计现在见表4。

                对模型进行方差分析得到的响应面分析结果如

                  表5所示,p<0.0001<0.05,表明该模型是邂灬逅显著的,具有统计学意义。由表5数据可得,自变量R、N、R。、Lh均显著(p<0.05),按照对※响应值的影响程度排序为叶轮顶端半径R1>叶剑气轮叶片数N1>叶轮Ψ轮毂长度Lh>叶轮轮毂半径又立马改口说哦不R。失拟项P=0.056>0.05,此值不显著,说明在试验范围内预测值和实测值的拟合度较高,能够选择该回归方Ψ 程对试验结果进行相关分】析,线性度误差R的回唉归方程为
                R=17.22+3.37Rt+2.82N1-0.91R。-0.93Lh-0.95RtN1+0.75R1R。+0.2R1Lh+1.38N1R。-0.25N1Lh-1.70R。Lh+4.22R21+5.16N21+2.26R2。+2.97Lh2


                  从图2(a)~(f)可形象地看出影响仪表系数线性度误差◣的几何参数间交互作用。比较图2各个世间万事分图可知,叶轮顶端半径R1对仪表系淑女数线性度误差的影响最为显著,表现为曲线最陡,其余因素影响大小顺序为叶◤轮叶片数N1>叶轮ぷ轮毂长度Lh>叶轮轮毂半径R。这也与表5的方差分析结果相吻合。
                  使用DesignExpert软件在表3变量的高低水平范围内梦舞风云寻优,以叶轮叶片数我是随便卖了是整数为前提,取其中一个最优组合进行CFD仿真计算,并与显著因素的〖响应面回归方程预测值进行比说较,比较结果如表6所示。可以看出,对于优化后的『流量计模型,其仪表系数线性度误差拟合公茶馆老板虽然奇怪式的预测值与CFD计算值非饶是如此常接近,误差仅为0.6%,说明□响应面法可以很好地用于涡轮流量计结构优化。
                3.2次显著影响参数的正交∩试验设计
                  在对显著参数⌒ 进行响应面优化后,选择叶轮志士导程L、前导流件№长度H、导流体江湖叶片数这是不修边幅雷雨天堂N2、后导流件长度H2这4个次@ 显著影响因素为自变量,以□ 流量计线性,度☆误差为响应值进行正交试验十月无月设计,根据因素和水投入学习平数选择正交表L9(34),一共9组仿真计算模型,因素⊙与水平见表7。
                  正交试验那黑衣人郑重地说完结果与均值如表8所示,因素L对应的均◣值2最小,表明L取第二点头水平上的值时线性度误差最小,同理可以得到H1、N2和H2的取值分别●为:
                  第三水平、第ㄨ二水平和第二水平,因此理挚爱论上的最优水平组合为L2(H)3(N2)2(H2)22。

                  图3和图4分别为原始流量计与优化后流量计的眼睛截面速度分布云图。对比图3和图4可以看出,优化后的流量计在后导流件.上下部分的流场速度分布较原始流量计更加♂均匀,说明优化后流量计的叶轮结他们构在流场中的旋转稳定性更好,从而使得测量精度得◥到提高。

                4试验验证
                  将优化前后的涡轮流量〇计在西南石油大学流量技术检测试验台。上进√行试验,试验装置如图5所示。试验介质采用由机油和柴油按照--定比例混ぷ合的密度为887kg/m3、运动黏度为2.64×10-5m2/s的混合液,采用静态容积法原理,利用泵为流体提直至如今供动力,流体经过流量控制阀和被测涡轮流量计后直接流回容积池中。分别选取2m3/h、4m3/h、8m3/h、14m3/h、16m3/h、20m3/h这6个体▓积流量点,通过计算机】控制台采集每个流量点下试验流量计产生的脉冲个数N,从而得到涡轮流量计在6个流量点∩下的仪表系数K。试验中每个流量点分别进行3次重复性试验▼,试验误味道差均小于0.025%。

                  将原始流量计仪表系数与优化后的流量计仪.表系数进行对比≡,结果如图6所示。流量计仪表系数CFD仿真值与试验值吻』合,证明了CFD仿真的准确性。对做起了那个不称职比原始涡轮流量计和优化后涡轮流量计仪表系数试验值曲线得出,优化后的流量计在不同流量处的仪表系数变化情况较原来更为■平稳。经计算,仪〓表系数线性度误差由原来的1.71%下降到了1.59%,显著提高了涡轮流量计的测量精度。

                5结论
                (1)Plackett-Burman设计分析表明◆,对涡轮流量计测量精▓度影响显著的参数为叶轮顶端半径、叶轮叶片数、叶轮轮毂半径和叶轮Ψ轮毂长度,影响次显著的参数有叶轮导程、前导流傲世件长度、后导流件长度和导流体叶片数十年交给我。
                (2)运用Box-Behnken设计方法对筛选出来的显著影响参数进行试验而且设计,建立了涡轮流量计线性度误差的多元回归模型,并检验了⊙预测模型的拟合度。结果表明,回归模型□ 对实际情况拟合较好,能够运用响应面法对涡轮流量计结构参数进√行优化。
                (3)在响应面法优化的基础上,对筛选出来的次显著影响参数进行正交试验设计,得到了最优结构组合。试验验证结果表明优化后的涡轮流量计测量精度得到了显著提高。

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