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研究生: 黃盟權
Huang, Meng-Cyuan
論文名稱: 葉輪形狀優化對50mm流量計準確度之影響
The Effects of Optimizing Impeller Blade Geometry on the Accuracy of 50mm Flowmeter
指導教授: 周榮華
Chou, Jung-Hua
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系碩士在職專班
Department of Engineering Science (on the job class)
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 渦輪式流量計田口方法葉片CFD
外文關鍵詞: Turbine flow meter, Taguchi method, Impeller blade, CFD
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  • 渦輪式流量計為目前市面上常見之流量計,其特點為可計量流量範圍大、壓力損失小、結構穩健及可使用年限長。此類型的流量計因其設計關係,葉片轉動時需要轉矩較大,因此在低流量時,反應較不靈敏,在低流量的計量時表現不佳。本研究目在於設計50mm口徑流量計之葉片,使之在低流量時,能有較好的性能表現。
    本研究利田口實驗設計方法,設計L9直交表作實驗之依據,以葉輪翼型、輪轂直徑、葉片安裝角及扭轉角作為控制因子,並定義品質特性之理想機能,以望大作為指標,設計出流量計之葉輪組合,並使用CFD軟體模擬葉片在不同設計參數下對於流量計於低流量計量的影響,且與實機測試之結果比較。結果發現性能最佳的葉片,啟動流量為0.6m^3⁄hr、且在1m^3⁄hr、1.5m^3⁄hr、4m^3⁄hr不同的流量下與原始葉片比較之下有較佳的線性表現,此研究可做為未來設計高精度流量計之參考。

    Axial Turbine flowmeters are widely used in measuring flowrates of liquids with high flowrate, less pressure loss, and robust structure for long-term application. But the impeller needs a large torque for rotation and leads to poor performance at low flowrates. In this research the geometry of the impeller blade was studied for improving the performance at low flowrates of the flowmeter of nominal size of 50mm flow mete.
    The Taguchi method was employed to design an L9 orthogonal table for experimentation, using the airfoil blade type, hub diameter, blade mounting angle, and twist angle as the control factors. In addition, computational fluid dynamics (CFD) simulations were also conducted for the same configurations as the experiments so that comparisons with the experimental results could be made. The results show that the designed impeller which performed best achieved the starting flowrate of (0.6m^3)⁄hr, and had better linearity for the flowrates of 1 m^3⁄hr, 1.5 m^3⁄hr, and 4 m^3⁄hr. This provides a greater understanding of the effects of impeller design on the accuracy of turbine flow meters.

    摘要 I Extended Abstract II 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XI 圖目錄 XII 符號說明XV 第一章 緒論1 1-1前言 1 1-2研究動機與目的2 1-3文獻回顧4 1-4 論文架構7 第二章 流量計原理及特性 8 2-1前言 8 2-2流量計原理8 2-3 流量計性能及特性9 第三章 田口方法與葉片設計12 3-1 葉片設計基本原理12 3-1-1 理想葉片之旋轉及儀表係數14 3-2 NACA翼型設計16 3-2-1 NACA翼型參數定義16 3-3 流量計葉片設計參數20 3-4實驗設計法21 3-4-1 田口方法簡介21 3-4-2 因子種類22 3-4-3 直交表22 3-4-4 訊號與雜訊比23 3-4-5 因子反應分析25 第四章 CFD數值模擬26 4-1 流體設定26 4-2統御方程式27 4-3數值模型及基本假設29 4-3-1幾何模型之建立29 4-3-2數值網格切割30 4-3-3邊界條件之設定33 4-4流場模型之選用34 4-4-1紊流模型34 4-4-2壁面函數35 第五章 實驗方法與設備39 5-1實驗模型40 5-1-1葉片模型40 5-1-2 流量計系統測試設備42 5-1-3測試設備43 5-1-4轉速測試系統44 5-2田口分析46 第六章 結果與討論48 6-1葉片表面壓力分佈之模擬結果48 6-1-1模擬結果因子反應分析52 6-1-2模擬之扭力與轉動慣量之比較54 6-1-3模擬結果流場比較57 6-2流量計系統測試結果探討59 6-2-1 田口方法初步結果 59 6-2-2 流量計於不同流量轉速比較61 6-3模擬值與實驗值誤差探討63 第七章 結論與建議64 7-1結論 64 7-2建議 65 參考文獻67

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    下載圖示 校內:2021-02-17公開
    校外:2021-02-17公開
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