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不同因素对涡轮流量计特性影响分析

发布时间:2017-09-25 09:38:31
 

摘要:涡轮流量计是应用比较广泛的流量计种类之一,也是目前计量精度比较高的仪表种类之一。通常应用于贸易结算和总量的测量。本文基于涡轮流量计特性的数学模型函数,利用simulink建模的模块建立涡轮流量计特性的仿真模型。得出了密度,流速等不同因素对涡轮流量计仪表特性的影响。仿真计算结果为今后涡轮流量计的改进和提高其测量精度提供了一定的理论依据。
目前,大多数针对涡轮流量计的研究主要集中在对其不确定度和结构的分析研究,对涡轮流量计仪表特性影响因素的研究比较少。本文通过涡轮流量计仪表特性的数学模型建立了涡轮流量仪表特性的仿真计算模型,得出了不同因素对涡轮流量计,仪表特性的影响。
1、涡轮流量计数学模型函数的建立
涡轮流量计在实际的应用中,涡轮的转速和实际流量是成正比的。为了定量的分析建立涡轮流量计的数学函数模型我们假设涡轮流量计的的叶片与轴线之间的夹角为θ,涡轮的平均半径为r,涡轮的流通面积为A转速为n,则平均半径处的切线速度可以表示为ν

2、涡轮流量计实际的数学模型
经过分析计算我们知道作用在涡轮上的实际力矩有:
流体叶片对涡轮产生的推力矩T,
涡轮轴与轴承之间摩擦产生的机械摩擦阻力矩Trm
流体对涡轮产生的流动阻力矩Trf
电磁转换器对涡轮产生的电磁阻力矩Tre

式中J为涡轮的转动惯量,ω为涡轮的转动角速度。
在实际的使用中我们知道电磁力矩Tre是比较小的在这可以
近似的认为其为0,正常的工作条件下管内的流体也是稳定的不,随时间的变化而变化的所以由此我们可以得出:

对于给定的流量来说我们知道机械摩擦力矩Trm为一常数,Trf与流体的流动状态有关可在分析时具体的给出,Tr为主动力矩,由于其推到过程比较复杂,在这里我们就不做一一的推导,直接应用有关文献中已经推倒好的公式:

3、不同模型时涡轮流量计仪表特性参数的建立
我们知道在现实生活中流体具有两种不同的模型。层流模型和紊流模型,不同的流体模型它的流动阻力矩是不同的。
(1)层流状态时流体的阻力与流体的动力黏度涡轮的旋转角速度成正比而涡轮的角速度又与流体的流量成正比,所以流体通过涡轮时对涡轮产生的流动阻力矩Trf为Trf=C1ηq,带入可以得到:

(2)紊流流动状态下流体的流动阻力F与流体的密度成ρ反比与流体的质量流量qn成正比,所以流动阻力矩

4、建立仿真分析模型

5、仿真结果

由图3和图4我们可以看出涡轮流量计的仪表系数随动力黏度的增大而减小,但是随着密度的增大而增大。随密度的变化成线性的变化,但流量对其的影响不是成线性型的变化。而是先增大最后趋于稳定。由图5可以看出密度对涡轮流量计仪表系数的的影响趋势为随着密度的增大,流量计的仪表系数也逐渐的增大而后缓慢趋于稳定。

由图6我们可以看出随着运动黏度的增加,仪表系数在逐渐的减小。这是因为随着流体运动黏度的增加,流量计的流动阻力矩也在增大。而流动阻力矩的变化是与仪表系数的变化成反比的关系。
6、结束语
涡轮流量计作为目前应用比较广泛的流量计之一,已广泛应用于各个工业生产单位,其性能高低直接影响测量使用单位经济效益。本文利涡轮流量计误差特性的数学函数,建立了涡轮流量计的误差特性模型得出了不同参数对涡轮流量计仪表特性的影响,仿真分析结果为今后涡轮流量计机构的优化以及提高测量精度具有一定的参考价值和意义。