摘(zhai)要：通過(guò)研究粘(zhān)度對浮(fú)子流量(liang)傳感器(qì) 測量的(de)影響,運(yun)用實驗(yan)手段,測(cè)出粘度(du)爲10~50mm³/s的.4050航(hang)空潤滑(hua)🈲油對浮(fú)子流量(liang)傳感器(qì)的影響(xiǎng)誤差約(yuē)爲10%左右(you)。結合浮(fu)子流量(liang)傳感器(qì)的邊👨‍❤️‍👨界(jiè)層理論(lùn)與内部(bu)流體流(liu)動情況(kuang),運用CFD軟(ruǎn)💔件仿真(zhēn),将粘度(du)對DN40mm浮子(zǐ)流量傳(chuan)感器❤️影(yǐng)響誤差(cha)控制在(zài)5%以内。從(cong)流場👌的(de)角度分(fen)🔅析浮子(zi)流🐉量傳(chuan)感器粘(zhan)度影響(xiǎng)規律及(jí)其機理(li),并且模(mo)式化仿(páng)真模型(xíng),爲以後(hòu)流量傳(chuán)感器的(de)仿真提(tí)供了借(jie)鑒作用(yong)。
　　浮子流(liú)量傳感(gan)器是以(yi)浮子在(zài)垂直錐(zhui)形管中(zhong)随着流(liú)量變化(hua)而升降(jiàng),改變它(tā)們之間(jiān)的流通(tong)面積來(lai)進行測(cè)量的體(tǐ)積流量(liang)儀表,又(you)稱轉子(zǐ)流量傳(chuán)感器或(huo)🙇‍♀️變面積(ji)流量傳(chuán)✔️感器”。浮(fu)子流量(liang)傳感器(qì)測量精(jing).度受流(liú)動介質(zhì)密度和(he)粘度影(ying)響較大(da)。國内外(wài)一些學(xué)者做了(le)大量試(shi)驗研究(jiū)2.3,試圖減(jian)小這兩(liang)個📐方面(miàn)對測量(liàng)📞精度的(de)影響。葉(ye)佳敏通(tōng)過大量(liàng)粘度實(shi)驗得到(dao)流量與(yu)不同浮(fú)子高度(du)之間的(de)關系曲(qu)線和非(fei)牛頓流(liú)體的粘(zhān)度影響(xiǎng)規律。
　　4個(ge)粘度共(gong)24個流量(liang)點的實(shi)流實驗(yàn),然後通(tong)過數值(zhi)仿真求(qiú)解了🧑🏾‍🤝‍🧑🏼兩(liang)個粘度(du)共12個流(liu)量點的(de)流量情(qíng)況,并根(gen)據仿真(zhen)模型結(jié)構化出(chū)另外兩(liǎng)個粘度(dù)12個流量(liang)點的仿(páng)真模❓型(xíng),與實♌驗(yàn)對比🌈,仿(pang)真誤差(cha)在5%以内(nei)。由此總(zong)結出DN40mm錐(zhuī)管浮子(zi)流量傳(chuan)感器多(duo)粘度仿(páng)真模📧型(xing),該模型(xíng)便于以(yǐ)後深❄️入(ru)研究浮(fu)子流量(liang)傳感器(qì)粘度影(ying)響機理(li)和優化(huà)減粘浮(fú)子的結(jié)構。
1實驗(yan)研究
　　本(běn)實驗介(jie)質爲4050航(hang)空潤滑(hua)油,實驗(yan)粘度範(fàn)圍爲10~50mm2/s。采(cai)用稱重(zhòng)法标定(ding)流量傳(chuan)感.器,控(kòng)制系統(tong)采用變(biàn)頻穩壓(ya)方式,裝(zhuang)置精度(du)爲5%0。系統(tong)根據設(she)定的工(gong)作壓力(li)和流量(liang)值,由變(biàn)頻器控(kòng)制油💃泵(beng)的輸出(chu)功率。該(gāi)裝置采(cai)用改變(biàn)介質溫(wēn)度的方(fāng)式改變(bian)介質粘(zhan)度值,其(qí)中有一(yī)套完整(zheng)的加熱(re)和冷卻(què)系統,實(shi)驗管道(dao)内設置(zhì)有溫度(dù)傳感器(qi),随時采(cǎi)集實驗(yàn)介質溫(wēn)度,通過(guo)溫度與(yǔ)介質粘(zhān)度的🔞對(duì)應關系(xi),給出實(shi)驗介質(zhì)的粘度(dù)值。實驗(yan)🔴裝置如(rú)圖1所示(shi)。
 
　　用稱重(zhòng)法在可(kě)變粘度(dù)流量标(biao)準裝置(zhi)上檢定(dìng)該流量(liang)傳🤟感器(qi),檢定過(guò)程爲:調(diào)節變頻(pín)器,使标(biao)定軟.件(jiàn)測量到(dào)的電壓(yā)值分别(bié)對應流(liú)量傳感(gǎn)器9.0mi、0.2qxomas、0.4qxomas、0.6qxomas、0.8qqxomas和qxomas6個(ge)刻度值(zhi)上,記錄(lù)✊标準表(biǎo)🛀🏻流量和(he)介質溫(wen)🏃‍♀️度。利用(yong)刻度換(huan)算公式(shì)将表盤(pán)上水刻(kè)度值換(huan)算到實(shí)際流體(tǐ)🤩的流量(liang)值。
　　對量(liang)程範圍(wéi)1~10m³/h、精度等(děng)級1.5級的(de)DN40mm浮子流(liú)量傳感(gan)器進行(hang)實驗研(yán)究。qxo是刻(kè)度流量(liàng),qvomax爲流量(liàng)傳感器(qì)量程上(shàng)限,qv是實(shí)際流量(liàng),δ1是滿度(dù)誤差,δ1=|(qy0-qy)1/qxomax100%,實(shí)驗數據(ju)見表1。
 
從(cóng)表1可以(yǐ)看出:
a. 同(tong)一粘度(dù)流體,滿(mǎn)度誤差(cha)随着流(liu)量的增(zēng)大而增(zēng)大。根據(ju)邊🌂界🔱層(céng)⁉️理論,同(tong)一種粘(zhān)度的流(liú)體,當.流(liú)量增大(dà)時,浮🌐子(zǐ)壁面上(shang)邊界層(céng)的🏃🏻厚度(du)會變薄(bao),而邊界(jiè)層内🛀🏻流(liú)速的速(su)度梯🏃‍♀️度(du)會變大(da),從而導(dǎo)緻浮子(zǐ).所受的(de)粘性切(qie)應力變(biàn)大,所以(yǐ)流量越(yue)大,滿度(du)誤差.越(yuè)大。

b.不同(tong)粘度的(de)同一種(zhong)流體,在(zai)同一流(liu)量下，滿(mǎn)度誤差(chà)随❗着粘(zhan)度的增(zeng)大而增(zēng)大。根據(ju)邊界層(céng)理.論,不(bu)同粘📐度(du)的㊙️流體(ti)流過浮(fú)子流量(liàng)傳感器(qi)時,粘度(du)越大,邊(biān)界層厚(hòu)度❄️越大(da),流體的(de)有效流(liú)通面積(ji)就越小(xiǎo)，另外，粘(zhān)度的增(zēng)大導緻(zhi)浮子👉受(shòu)到的粘(zhan)性切應(ying)力變大(dà)。因此,必(bì)須減小(xiao)浮子流(liú)量傳感(gǎn)器的入(rù)口流.量(liang)才能使(shǐ)浮🙇🏻子處(chù)在某一(yi)高度時(shi),維持受(shòu)力平衡(heng)。
2仿真研(yan)究
2.1軟件(jian)簡介
　　計(jì)算流體(ti)力學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是(shì)利用計(jì)算機求(qiú)解描述(shù)流體流(liú)動⭕規律(lü)的控🔴制(zhì)方程組(zu)技術,涉(shè)及到流(liu)體力學(xue)、計算方(fāng)法及計(ji)算機圖(tu)✍️形處理(li)等技術(shù)。
2.2湍流模(mo)型的選(xuan)擇
　　SSTk-ɷ模型(xíng)是MenterFR提出(chū)的标準(zhǔn)k-ɷ模型的(de)一個變(bian)形8。該模(mo)型合并(bing)了來源(yuán)🤟于ɷ方程(chéng)中的交(jiāo)叉擴散(sàn),并且湍(tuān)流粘度(dù)的計❓算(suan)考慮到(dào)了湍流(liu)剪應力(li)♋的傳播(bō)。該模型(xíng)可以較(jiao)好地計(jì)算邊壁(bi)和環隙(xi)附近流(liú)體的束(shù)縛✍️流動(dong)情況,還(hái)可以正(zheng)确計算(suàn).湍流核(he)心區域(yu)流體的(de)流動情(qíng)況。該模(mo)型在近(jin)壁自由(you)流中較(jiao)标準的(de)k-ɷ模型有(yǒu)着更高(gao)的精度(du),在湍流(liú)核心區(qu)域的計(jì)算❓較标(biāo)準k-ɷ模型(xing)有更廣(guang)泛的應(ying)用。
選擇(zé)的仿真(zhēn)介質爲(wèi)運動粘(zhan)度範圍(wéi)10~50mm2/s的航空(kōng)潤滑油(yóu)💋，粘性影(yǐng)響明😄顯(xiǎn)。粘性流(liu)體流經(jīng)浮子流(liu)量傳感(gǎn)器時♻️,由(you)于🏃‍♂️粘性(xing)的影🚩響(xiang),浮子流(liú)量傳感(gǎn)器内雷(léi)諾數迅(xun)速減小(xiǎo),并且考(kao)慮到浮(fú)子🧡.與導(dao)向杆的(de)壁🔞面約(yuē)束作用(yòng),通過比(bi)較,選擇(ze)SSTk-ɷ模型作(zuò)爲浮子(zi)流量傳(chuan)感器的(de)湍流模(mo)型。
　　在GAMBIT中(zhong)做出浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)的二維(wei)模型,并(bìng)劃分網(wang)格,然後(hòu)把模型(xíng)導入到(dao)FLUENT軟件.中(zhong),進行湍(tuān)流模型(xíng)的設置(zhì)、人口條(tiáo)件設🆚置(zhì)、計算模(mó)🌈型選擇(ze)、介質屬(shǔ)性設置(zhi)及浮子(zǐ)表面粗(cū)糙度設(shè)置👨‍❤️‍👨等操(cao)作。
2.3仿真(zhēn)結果
　　對(duì)10mm²/s和50mm²/s粘度(dù)的12個流(liú)量點建(jiàn)立模型(xing)并進行(hang)數值求(qiu)解,誤差(chà)🈚在☎️5%以内(nèi)。針對30mm²/s和(hé)40mm²/s粘度的(de)12個點,在(zai)FLU-ENT建模時(shí),隻移動(dong)浮子的(de)位移即(ji)可,其他(tā)的網格(gé)都是模(mó)塊化的(de)，FLUENT中的🏃設(shè)置隻有(you)粘度項(xiàng)和人⛷️口(kǒu)速度☁️不(bu)同,其他(ta)完全相(xiang)同🔆。仿真(zhēn)結果表(biao)明:誤.差(chà)也在5%以(yi)内。
2.3.1仿真(zhēn)誤差分(fen)析
　　令仿(pang)真流量(liang)爲q，則相(xiang)對誤差(chà)δy=1(qf-qv0)I/qy0×100%,不同粘(zhān)度下流(liu)量的相(xiang)對誤⭐差(chà)如圖2所(suǒ)示。
 
　　由圖(tu)2可知,不(bu)同粘度(du)下所得(dé)的仿真(zhēn)流量和(he)實際流(liu)♌量的🏃🏻‍♂️誤(wù)差❄️均☁️未(wei)超過5%,說(shuo)明數值(zhi)仿真建(jian)模、劃分(fen)網格、選(xuan)擇💋湍流(liu)模型以(yǐ)及求解(jiě)控制參(cān)數等方(fāng)面都是(shi)合理的(de)。CFD數值仿(pang)真♌流場(chang)與實驗(yàn)流場吻(wěn)合,CFD數值(zhi)仿真模(mo)型能夠(gou)很好地(dì)反映實(shí)驗結.果(guǒ)。
2.3.2速度雲(yun)圖及其(qi)分析
　　爲(wèi)了直觀(guān)地反映(ying)同一流(liú)量點不(bu)同粘度(dù)下流量(liang)傳感器(qi)中速😄度(du)的變化(huà),選取0.6qyDmax時(shí)不同粘(zhan)度.下X方(fang)向速度(dù)進行🤟分(fèn)析,速度(du)雲圖如(rú)圖📐3所示(shì)。
 
由圖3可(ke)以分析(xī)出:
a.在同(tong)一刻度(du)流量點(diǎn),X方向的(de)速度和(he)速度梯(tī)度随着(zhe)流動🙇‍♀️介(jie)質🔱粘度(dù)的增大(dà)而減小(xiǎo)。原因是(shi)流體的(de)粘度增(zeng)大了,内(nèi)部摩擦(cā)力✌️增大(dà),流體克(kè)服摩擦(ca)力做功(gōng)增加,從(cong)而壓力(li)損失增(zēng)大,速度(du)和速度(dù)梯度都(dou)減小了(le)。
b.在同一(yī)刻度流(liu)量點,随(sui)着流體(tǐ)粘度增(zēng)大，流體(tǐ)通過環(huán)隙✊後的(de)漩🔞渦尾(wěi)流區影(yǐng)響變小(xiao)。原因是(shi)流體粘(zhan)度減小(xiao),速度明(ming)顯減小(xiao),雷諾數(shu)減小，漩(xuán)渦.的傳(chuán)播速度(du)減小，而(er)同時粘(zhan)性切應(ying)力變大(dà)，渦量的(de)🔞衰減速(sù)度增💰大(dà)。
2.3.3環隙速(su)度分析(xi)
　　刻度流(liu)量爲0.6qv0max的(de)仿真模(mó)型,其軸(zhóu)向103.5mm處爲(wèi)錐管截(jié)面積最(zuì)大處也(yě)就是環(huán)隙處，提(tí)取了環(huán)隙處的(de)速度數(shù)值,繪制(zhi)曲線如(ru)圖4所示(shì)。
 
　　從圖4可(ke)以看出(chu)，環隙處(chù)流體的(de)速度随(sui)着粘度(dù)的增大(dà)而減🧡小(xiao)👈。原因是(shì)同一刻(kè)度流量(liàng)下,環隙(xì)的面積(ji)是相同(tong)的,而流(liu)體💚介質(zhi)的粘🔴度(dù)增大,則(ze)其内.部(bu)摩擦力(li)消耗增(zēng)大,使流(liú)過環隙(xì)⁉️處的速(su)💋度降低(di)。
3數值仿(páng)真與實(shi)驗數據(ju)對比
　　仿(pang)真的滿(mǎn)度誤差(cha)小于5%,而(ér)實驗數(shu)據的滿(man)度誤差(cha)是11%,二者(zhě)不同的(de)主要原(yuán)因爲:
a.實(shi)驗數據(jù)本身存(cún)在着誤(wù)差。該實(shí)驗是通(tong)過改變(biàn)溫度🧑🏾‍🤝‍🧑🏼來(lái)改變介(jiè)質粘度(du)的,但是(shì)實驗過(guo)程中溫(wen)度并非(fei)恒定,有(you)一定的(de)波動,所(suo)以😍溫度(du)值有一(yi)定的誤(wù)差,從而(er)根據🛀🏻溫(wen)度取得(dé)的密度(du)和粘度(du)值也有(yǒu)誤差。
b.仿(pang)真的粘(zhān)度值與(yu)實驗的(de)粘度值(zhí)有誤差(cha)。實驗是(shì)每個流(liú)量點正(zheng)反行程(chéng)都測了(le)兩次,而(er)仿真的(de)粘度值(zhí)是取各(ge)次🈚實驗(yan)的平均(jun)值,設定(dìng)參數,每(měi)個流量(liàng)點的粘(zhān)度隻有(you)一個數(shu)值。這種(zhǒng)方法必(bi)然導緻(zhì)流體的(de)仿真粘(zhān)度和🚩實(shi)驗粘度(dù)存在誤(wu)差。
C.仿真(zhēn)本身存(cún)在誤差(chà)。流場是(shi)連續的(de),但是CFD數(shu)值仿真(zhēn)是采用(yong)💃離散化(hua)的手段(duan)對流場(chǎng)進行叠(dié)代計算(suàn)。如果網(wǎng)格較少(shǎo),則計🐪算(suàn)結果不(bu)夠正确(que),會産生(sheng)誤差;如(ru)果網格(gé)過多,會(hui)使截斷(duàn)誤差增(zēng)大,同樣(yang)也會引(yin)起較大(dà)👣誤差。
4結(jie)束語
　　通(tōng)過實驗(yàn)和數值(zhi)仿真,總(zong)結出粘(zhān)度對浮(fú)子流量(liàng)傳感器(qi)的影響(xiǎng)。通過對(dui)比發現(xian),數值仿(páng)真可以(yi)更透徹(che)地看到(dao)管體内(nèi)部流體(ti)的👅流動(dòng)情況,但(dan)是數值(zhí)仿真需(xū)要經驗(yàn)和對流(liu)場狀态(tài)的基本(běn)把握,需(xū)要一定(dìng)的理論(lùn)基礎，而(er)實驗可(kě)✊以獲得(de)大量新(xin)的的資(zi)料,可以(yi)将數值(zhi)仿真作(zuo)爲實驗(yàn)的有效(xiao)補充。

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