摘要(yao)：通過研(yan)究粘度(du)對浮子(zi)流量傳(chuan)感器 測(ce)量的影(ying)響,運用(yong)實驗手(shou)段,測出(chu)粘度爲(wei)10~50mm³/s的.4050航空(kong)潤滑油(you)對☎️浮🔱子(zi)🔴流量傳(chuan)感器的(de)影響誤(wu)差約爲(wei)10%左右。結(jie)⛱️合浮✏️子(zi)流量傳(chuan)感器的(de)邊界層(ceng)理論與(yu)内部流(liu)體流動(dong)情況,運(yun)用CFD軟件(jian)仿真,将(jiang)粘度♈對(dui)DN40mm浮子流(liu)量傳感(gan)器🈚影響(xiang)誤差控(kong)制在5%以(yi)内。從流(liu)場的角(jiao)度分析(xi)浮子流(liu)🚩量傳感(gan)器粘度(du)影響規(gui)律及其(qi)機理,并(bing)且模式(shi)化仿真(zhen)模型,爲(wei)以㊙️後流(liu)量傳感(gan)器的🌈仿(pang)真提供(gong)了借鑒(jian)作用。
　　浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)是以浮(fu)子在垂(chui)直錐形(xing)管中随(sui)着流量(liang)變化而(er)🚶升降,改(gai)變它們(men)之間的(de)流通面(mian)積來進(jin)行測量(liang)的體積(ji)流量儀(yi)表,又稱(cheng)轉子流(liu)量傳感(gan)器或變(bian)面積⚽流(liu)量傳🈚感(gan)器”。浮🔱子(zi)流量傳(chuan)感器測(ce)量精.度(du)受流動(dong)介質⭕密(mi)度和粘(zhan)度影響(xiang)較大。國(guo)内外一(yi)些學者(zhe)做了大(da)量試驗(yan)研究2.3,試(shi)圖減小(xiao)這兩個(ge)方面對(dui)測量精(jing)度的影(ying)響。葉佳(jia)敏通過(guo)大量粘(zhan)度實驗(yan)得到流(liu)量與不(bu)同浮子(zi)高度之(zhi)間的關(guan)系曲線(xian)和非牛(niu)頓流體(ti)的粘度(du)影響規(gui)律。
　　4個粘(zhan)度共24個(ge)流量點(dian)的實流(liu)實驗,然(ran)後通過(guo)數值仿(pang)真求解(jie)了兩個(ge)粘度共(gong)12個流量(liang)點的流(liu)量情況(kuang),并根據(ju)仿真模(mo)型結構(gou)化🈲出另(ling)外兩個(ge)粘度12個(ge)流量點(dian)的🤟仿真(zhen)模型,與(yu)實驗對(dui)比,仿真(zhen)誤差在(zai)5%以❤️内。由(you)此總結(jie)出DN40mm錐管(guan)浮子流(liu)量傳感(gan)器多粘(zhan)度仿真(zhen)模型,該(gai)模型便(bian)于以後(hou)深🚶入研(yan)究浮子(zi)流量傳(chuan)感器粘(zhan)度影響(xiang)機❓理和(he)優化減(jian)粘浮子(zi)的結構(gou)。
1實驗研(yan)究
　　本實(shi)驗介質(zhi)爲4050航空(kong)潤滑油(you),實驗粘(zhan)度範圍(wei)爲10~50mm2/s。采用(yong)稱重法(fa)♍标定🐕流(liu)量傳感(gan).器,控制(zhi)系統采(cai)用變頻(pin)穩壓方(fang)式,裝置(zhi)精度爲(wei)5%0。系統根(gen)🈲據設定(ding)的工作(zuo)壓力和(he)流量值(zhi),由變頻(pin)器控制(zhi)油泵的(de)輸出功(gong)率💃。該裝(zhuang)置采用(yong)改變介(jie)質溫度(du)的方式(shi)改變介(jie)質粘度(du)值,其中(zhong)有一套(tao)完整的(de)加熱和(he)冷卻系(xi)統,實驗(yan)管道内(nei)設置有(you)溫🏃‍♂️度傳(chuan)感器,随(sui)時采集(ji)實驗介(jie)質溫度(du),通過溫(wen)度與介(jie)質粘度(du)的對應(ying)關系,給(gei)出實驗(yan)介質的(de)粘度值(zhi)。實驗裝(zhuang)置如圖(tu)1所示。
 
　　用(yong)稱重法(fa)在可變(bian)粘度流(liu)量标準(zhun)裝置上(shang)檢定該(gai)流量傳(chuan)感器,檢(jian)定過程(cheng)爲:調節(jie)變頻器(qi),使标定(ding)軟.件測(ce)量到🈲的(de)電壓值(zhi)分别🆚對(dui)應流量(liang)傳感器(qi)9.0mi、0.2qxomas、0.4qxomas、0.6qxomas、0.8qqxomas和qxomas6個刻(ke)度值上(shang),記錄标(biao)準表流(liu)量和介(jie)質溫度(du)。利用刻(ke)度換算(suan)公式将(jiang)表盤上(shang)水刻度(du)值換算(suan)到實際(ji)流體的(de)流量值(zhi)。
　　對量程(cheng)範圍1~10m³/h、精(jing)度等級(ji)1.5級的DN40mm浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)進行實(shi)♻️驗研究(jiu)。qxo是刻度(du)流量,qvomax爲(wei)流量傳(chuan)感器量(liang)程上限(xian),qv是實際(ji)流量,δ1是(shi)滿度誤(wu)差,δ1=|(qy0-qy)1/qxomax100%,實驗(yan)數據見(jian)表1。
 
從表(biao)1可以看(kan)出:
a. 同一(yi)粘度流(liu)體,滿度(du)誤差随(sui)着流量(liang)的增大(da)而增大(da)🚩。根📞據🙇🏻邊(bian)界層❓理(li)論,同一(yi)種粘度(du)的流體(ti),當.流量(liang)增大時(shi),浮子壁(bi)面上邊(bian)界🎯層的(de)厚度會(hui)變薄,而(er)邊界層(ceng)内流速(su)的速度(du)梯度會(hui)變大,從(cong)而導緻(zhi)浮🧑🏾‍🤝‍🧑🏼子.所(suo)受的粘(zhan)性切應(ying)力變大(da),所以流(liu)量越大(da),滿度誤(wu)差.越大(da)。

b.不同粘(zhan)度的同(tong)一種流(liu)體,在同(tong)一流量(liang)下，滿度(du)誤差随(sui)着☁️粘度(du)的增大(da)而增大(da)。根據邊(bian)界層理(li).論,不同(tong)粘度的(de)流體流(liu)過浮子(zi)流量傳(chuan)感器時(shi),粘度越(yue)大,邊界(jie)層厚度(du)🤟越大,流(liu)體的有(you)效流通(tong)面積就(jiu)越小，另(ling)外，粘🏃‍♂️度(du)的增大(da)導緻浮(fu)子受到(dao)的粘性(xing)切應力(li)變大。因(yin)此,必須(xu)減小浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)的入口(kou)流.量才(cai)能使浮(fu)子處在(zai)某一高(gao)度時,維(wei)持受力(li)平衡。
2仿(pang)真研究(jiu)
2.1軟件簡(jian)介
　　計算(suan)流體力(li)學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是利(li)用計算(suan)機求解(jie)描述流(liu)體流動(dong)🏒規律的(de)控制方(fang)程組技(ji)術,涉及(ji)到流體(ti)力學、計(ji)算方法(fa)及計算(suan)機圖形(xing)處理等(deng)👅技術。
2.2湍(tuan)流模型(xing)的選擇(ze)
　　SSTk-ɷ模型是(shi)MenterFR提出的(de)标準k-ɷ模(mo)型的一(yi)個變形(xing)8。該模型(xing)合并了(le)來源于(yu)ɷ方🚶程中(zhong)的交叉(cha)擴散,并(bing)且湍流(liu)粘度的(de)計算考(kao)慮到了(le)湍流剪(jian)應力的(de)傳播。該(gai)模型可(ke)以較好(hao)地計算(suan)邊壁和(he)🌈環隙附(fu)近流體(ti)的束縛(fu)流動情(qing)況,還可(ke)以正确(que)計算.湍(tuan)流核心(xin)區域流(liu)體的流(liu)動情況(kuang)。該模型(xing)在近壁(bi)👈自由流(liu)中較标(biao)準的k-ɷ模(mo)型有着(zhe)更高的(de)精度,在(zai)湍流🎯核(he)心區域(yu)的計算(suan)較标準(zhun)k-ɷ模型有(you)更廣泛(fan)的應用(yong)。
選擇的(de)仿真介(jie)質爲運(yun)動粘度(du)範圍10~50mm2/s的(de)航空潤(run)滑油，粘(zhan)性影響(xiang)明顯。粘(zhan)性流體(ti)流經浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)時,由于(yu)粘性☁️的(de)影🏃‍♂️響,浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)内雷諾(nuo)數迅速(su)減小,并(bing)且考慮(lü)到浮子(zi).與導向(xiang)杆的壁(bi)面約束(shu)作用,通(tong)過比較(jiao),選擇SSTk-ɷ模(mo)型作爲(wei)浮子🛀🏻流(liu)量傳感(gan)器的湍(tuan)流模型(xing)。
　　在GAMBIT中做(zuo)出浮子(zi)流量傳(chuan)感器的(de)二維模(mo)型,并劃(hua)分網格(ge)㊙️,然後把(ba)模型導(dao)入到FLUENT軟(ruan)件.中,進(jin)行湍流(liu)模型的(de)設🙇🏻置、人(ren)口條件(jian)設置、計(ji)算模型(xing)選擇、介(jie)質屬性(xing)設置及(ji)浮子表(biao)面粗糙(cao)度設置(zhi)等操作(zuo)。
2.3仿真結(jie)果
　　對10mm²/s和(he)50mm²/s粘度的(de)12個流量(liang)點建立(li)模型并(bing)進行數(shu)值求解(jie)🔴,誤差在(zai)5%以内。針(zhen)對30mm²/s和40mm²/s粘(zhan)度的12個(ge)點,在FLU-ENT建(jian)模時,隻(zhi)移動❓浮(fu)子的位(wei)移即💔可(ke),其他的(de)網格都(dou)是模塊(kuai)化的，FLUENT中(zhong)的設置(zhi)隻有粘(zhan)度項和(he)人口速(su)度不同(tong),其他完(wan)全相同(tong)🏃。仿真結(jie)果表明(ming):誤.差也(ye)在5%以内(nei)。
2.3.1仿真誤(wu)差分析(xi)
　　令仿真(zhen)流量爲(wei)q，則相對(dui)誤差δy=1(qf-qv0)I/qy0×100%,不(bu)同粘度(du)下流量(liang)的相對(dui)誤差如(ru)圖2所示(shi)。
 
　　由圖2可(ke)知,不同(tong)粘度下(xia)所得的(de)仿真流(liu)量和實(shi)際流量(liang)的誤差(cha)🌈均未超(chao)過5%,說明(ming)數值仿(pang)真建模(mo)、劃分網(wang)格🌈、選擇(ze)湍流♍模(mo)型以及(ji)求解🈲控(kong)制參數(shu)等方面(mian)都是合(he)理的。CFD數(shu)值仿真(zhen)流場與(yu)實驗流(liu)場吻合(he),CFD數值仿(pang)真模型(xing)能夠很(hen)好地反(fan)映實驗(yan)結.果㊙️。
2.3.2速(su)度雲圖(tu)及其分(fen)析
　　爲了(le)直觀地(di)反映同(tong)一流量(liang)點不同(tong)粘度下(xia)流量傳(chuan)感⭐器中(zhong)速度的(de)變化,選(xuan)取0.6qyDmax時不(bu)同粘度(du).下X方向(xiang)速度進(jin)行分析(xi),速度雲(yun)圖如圖(tu)3所示。
 
由(you)圖3可以(yi)分析出(chu):
a.在同一(yi)刻度流(liu)量點,X方(fang)向的速(su)度和速(su)度梯度(du)随着流(liu)動介質(zhi)粘度的(de)增大而(er)減小。原(yuan)因是流(liu)體的粘(zhan)度增大(da)了,内部(bu)摩擦力(li)增大,流(liu)體克服(fu)摩擦力(li)做功增(zeng)加,從而(er)壓力損(sun)失增大(da),速度和(he)速度梯(ti)度都減(jian)小了。
b.在(zai)同一刻(ke)度流量(liang)點,随着(zhe)流體粘(zhan)度增大(da)，流體通(tong)過🧑🏽‍🤝‍🧑🏻環隙(xi)後的漩(xuan)渦尾流(liu)區影響(xiang)變小。原(yuan)因是流(liu)體粘度(du)減小,速(su)度明顯(xian)減小🚶‍♀️,雷(lei)諾數減(jian)小，漩渦(wo).的傳播(bo)速度減(jian)小，而同(tong)時粘性(xing)切應力(li)變大，渦(wo)量的衰(shuai)減速度(du)增大。
2.3.3環(huan)隙速度(du)分析
　　刻(ke)度流量(liang)爲0.6qv0max的仿(pang)真模型(xing),其軸向(xiang)103.5mm處爲錐(zhui)管截面(mian)積👨‍❤️‍👨最💞大(da)處也就(jiu)是環隙(xi)處，提取(qu)了環隙(xi)處的速(su)度數值(zhi),繪制曲(qu)線如圖(tu)4所示。
 
　　從(cong)圖4可以(yi)看出，環(huan)隙處流(liu)體的速(su)度随着(zhe)粘度的(de)增大而(er)減小⛷️。原(yuan)因是同(tong)一刻度(du)流量下(xia),環隙的(de)面積是(shi)相同的(de),而流體(ti)介質㊙️的(de)粘度增(zeng)大,則其(qi)内.部摩(mo)擦力消(xiao)耗增大(da),使流過(guo)環隙處(chu)的速👈度(du)降低。
3數(shu)值仿真(zhen)與實驗(yan)數據對(dui)比
　　仿真(zhen)的滿度(du)誤差小(xiao)于5%,而實(shi)驗數據(ju)的滿度(du)誤差是(shi)11%,二者💜不(bu)同🐅的🔴主(zhu)要原因(yin)爲:
a.實驗(yan)數據本(ben)身存在(zai)着誤差(cha)。該實驗(yan)是通過(guo)改變溫(wen)度來改(gai)變介質(zhi)粘度的(de),但是實(shi)驗過程(cheng)中溫度(du)并非恒(heng)定,有一(yi)㊙️定的波(bo)動,所以(yi)溫度值(zhi)有一定(ding)的誤差(cha),從❓而根(gen)據溫度(du)取得的(de)密度和(he)粘度值(zhi)也有誤(wu)差。
b.仿真(zhen)的粘度(du)值與實(shi)驗的粘(zhan)度值有(you)誤差。實(shi)驗是每(mei)個👈流♊量(liang)點正反(fan)行程都(dou)測了兩(liang)次,而仿(pang)真的粘(zhan)度值是(shi)取各次(ci)🌈實驗的(de)平均值(zhi),設定參(can)數,每個(ge)流量點(dian)的粘度(du)隻有一(yi)個♋數值(zhi)。這種方(fang)法必然(ran)導緻流(liu)體的仿(pang)真粘度(du)和實驗(yan)粘度存(cun)在誤差(cha)。
C.仿真本(ben)身存在(zai)誤差。流(liu)場是連(lian)續的,但(dan)是CFD數值(zhi)仿真🔴是(shi)采用♉離(li)散化的(de)手段對(dui)流場進(jin)行叠代(dai)計算。如(ru)果網格(ge)較少👈,則(ze)計📱算結(jie)果不夠(gou)正确,會(hui)産生誤(wu)差;如果(guo)網格過(guo)多,會使(shi)截斷誤(wu)🌐差增大(da),同樣也(ye)會引起(qi)較大誤(wu)差。
4結束(shu)語
　　通過(guo)實驗和(he)數值仿(pang)真,總結(jie)出粘度(du)對浮子(zi)流量傳(chuan)☂️感器的(de)影響。通(tong)過對比(bi)發現,數(shu)值仿真(zhen)可以更(geng)透徹地(di)看到管(guan)體内部(bu)流體的(de)流動情(qing)況,但是(shi)數值仿(pang)真需要(yao)經驗和(he)對流場(chang)狀态的(de)基本把(ba)握,需要(yao)一定的(de)理論基(ji)礎，而實(shi)驗可以(yi)獲得大(da)量新的(de)的資料(liao),可以将(jiang)數值仿(pang)真作爲(wei)實驗的(de)有效補(bu)充。

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