摘(zhāi)要：通過(guò)研究粘(zhan)度對浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qì) 測量的(de)影響,運(yun)用實驗(yan)手段,測(ce)出粘度(dù)爲10~50mm³/s的.4050航(hang)空潤滑(hua)油對浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qi)的影響(xiang)誤差約(yuē)爲10%左右(yòu)。結合浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)的邊🚩界(jie)層理論(lun)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(chà)🙇🏻控制在(zài)5%以内。從(cong)流場的(de)角度分(fèn)析浮子(zǐ)流量傳(chuan)感器粘(zhān)度影響(xiǎng)規律及(jí)其機理(li),并且模(mó)式化仿(páng)真模型(xing),爲以後(hòu)流量傳(chuan)感器的(de)仿真提(ti)供了借(jie)鑒作用(yòng)。
　　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(liu)量變化(huà)而升降(jiang),改變它(tā)們之間(jian)的流通(tong)面積來(lái)進行測(cè)㊙️量的體(tǐ)積流量(liàng)‼️儀表,又(you)稱轉子(zǐ)流量傳(chuan)感器或(huò)變面積(jī)流量傳(chuan)感器”。浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qì)測量精(jing).度受流(liú)動介質(zhi)密度和(hé)粘度影(ying)響較大(dà)。國内外(wai)一些學(xue)者🙇🏻做了(le)大量試(shì)驗研究(jiū)2.3,試圖減(jian)小這兩(liang)個方面(miàn)對測量(liang)精度的(de)影響。葉(yè)佳敏通(tōng)過大量(liàng)粘度實(shi)驗得到(dao)流量與(yǔ)不同浮(fú)子高度(dù)之間的(de)關系曲(qǔ)線和非(fei)牛頓流(liú)體的粘(zhan)度影響(xiǎng)規律。
　　4個(gè)粘度共(gòng)24個流量(liàng)點的實(shí)流實驗(yan),然後通(tong)過數值(zhí)仿真求(qiú)解了兩(liang)個粘度(dù)共12個流(liu)量點的(de)流量情(qíng)況,并根(gen)據仿真(zhen)模型結(jie)🈚構化出(chū)另㊙️外兩(liǎng)個粘度(dù)12個流量(liàng)點的仿(pang)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(chuán)感器多(duō)粘度仿(páng)真模型(xing),該模型(xing)便于以(yi)後深入(ru)研究浮(fú)子流量(liang)傳感器(qì)粘度影(ying)響機♉理(li)和優化(hua)減粘浮(fu)子的結(jie)構。
1實驗(yàn)研究
　　本(ben)實驗介(jie)質爲4050航(hang)空潤滑(huá)油,實驗(yàn)粘度範(fan)圍爲10~50mm2/s。采(cǎi)用稱重(zhòng)🌈法标定(dìng)☁️流量傳(chuan)感.器,控(kong)制系統(tong)采用變(biàn)頻穩壓(ya)方式,裝(zhuāng)置精度(du)爲5%0。系統(tǒng)根據設(shè)定的工(gōng)作壓力(lì)和流量(liàng)值,由變(bian)頻器控(kong)制油泵(beng)的輸出(chu)功率。該(gai)裝置采(cǎi)用改變(biàn)介質溫(wēn)度的方(fāng)式改變(bian)介質粘(zhān)度值,其(qi)中有一(yi)套完整(zhěng)的加熱(re)和冷卻(què)系統,實(shi)驗管道(dào)内設置(zhì)有溫度(du)傳感器(qì),随時采(cǎi)集實驗(yàn)介質💛溫(wēn)度,通過(guò)溫度🈚與(yu)介質粘(zhan)度的對(duì)應關系(xì),給出實(shí)驗介質(zhi)的粘度(dù)值。實驗(yàn)⭐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(zhì)上檢定(dìng)該流量(liang)傳✉️感器(qi),檢定過(guo)程爲:調(diao)節變頻(pin)器,使标(biāo)定軟.件(jian)測量到(dào)的電♊壓(yā)值㊙️分别(bie)對應流(liu)量傳感(gan)器9.0mi、0.2qxomas、0.4qxomas、0.6qxomas、0.8qqxomas和qxomas6個(ge)刻度值(zhí)上,記錄(lu)标準表(biǎo)⛱️流量和(hé)介質溫(wen)度。利用(yong)刻度換(huàn)算公✊式(shì)将表盤(pan)上水刻(ke)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(liu)量傳感(gan)器進行(hang)實驗研(yan)究。qxo是刻(kè)度流量(liang),qvomax爲流量(liang)傳感器(qì)量程上(shang)限,qv是實(shí)際流量(liang),δ1是滿度(du)誤差,δ1=|(qy0-qy)1/qxomax100%,實(shi)驗數據(jù)見表1。
 
從(cóng)表1可以(yi)看出:
a. 同(tong)一粘度(du)流體,滿(mǎn)度誤差(chà)随着流(liu)量的增(zēng)大而增(zēng)大。根據(ju)邊界🚶層(ceng)理論,同(tóng)一種粘(zhan)度的流(liú)體,當.流(liu)量增大(dà)時,浮子(zǐ)壁面上(shàng)邊界層(ceng)的厚度(dù)會變薄(bao),而邊界(jie)層内流(liú)速的速(sù)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(dù)誤差❄️.越(yuè)大。

b.不同(tóng)粘度的(de)同一種(zhǒng)流體,在(zai)同一流(liu)量下，滿(man)度誤差(chà)随着粘(zhān)度📧的增(zēng)大而增(zēng)大。根據(ju)邊界層(céng)理.論,不(bú)同粘度(du)的流體(ti)🌈流過浮(fú)子流量(liang)傳感器(qi)時,粘度(dù)越大,邊(biān)界層厚(hou)度越大(dà),流體的(de)有效流(liu)通面積(jī)就越小(xiao)，另外，粘(zhān)度的增(zeng)大導緻(zhi)浮子受(shou)到的粘(zhān)性切應(ying)力變大(da)。因此💃,必(bi)須減小(xiao)浮子流(liú)量傳感(gǎn)器的入(ru)口流.量(liàng)才能使(shi)浮子處(chu)在某一(yī)🤟高度時(shi),維持受(shou)力平衡(heng)。
2仿真研(yan)究
2.1軟件(jian)簡介
　　計(ji)算流體(tǐ)力學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是(shì)利用計(jì)算機求(qiú)解描述(shù)流體流(liu)動規律(lü)的控制(zhì)方程組(zu)技術,涉(shè)及到流(liú)體力學(xué)、計算方(fang)法及計(jì)算機圖(tú)☀️形處理(lǐ)等技術(shu)。
2.2湍流模(mó)型的選(xuǎn)擇
　　SSTk-ɷ模型(xíng)是MenterFR提出(chu)的标準(zhǔn)k-ɷ模型的(de)一個變(biàn)形8。該模(mo)型合并(bing)了來源(yuán)于ɷ方程(cheng)中的交(jiāo)叉擴散(sàn),并且湍(tuan)流粘度(dù)的計算(suan)考慮到(dào)🈚了湍流(liú)剪應力(li)的傳播(bō)。該模型(xing)可以較(jiao)好地計(ji)算邊壁(bi)和環隙(xì)附近流(liu)體💛的束(shù)縛流動(dòng)情況,還(hái)可以正(zhèng)确計算(suan).湍流核(he)心區域(yu)流體的(de)流動情(qing)況。該模(mo)型在近(jìn)壁自由(yóu)流中較(jiao)🙇🏻标準的(de)k-ɷ模型有(yǒu)着更高(gāo)的精度(du),在湍流(liú)核心區(qū)域的計(jì)算較标(biao)準k-ɷ模型(xing)有更廣(guang)泛的應(yīng)用。
選擇(ze)的仿真(zhēn)介質爲(wèi)運動粘(zhān)度範圍(wei)10~50mm2/s的航空(kong)潤滑油(yóu)，粘性影(yǐng)響📧明顯(xiǎn)。粘性流(liú)體流經(jīng)浮子流(liu)量傳感(gan)器時,由(yóu)于粘性(xìng)的影響(xiang),浮子流(liu)🐅量傳感(gǎn)器内雷(léi)諾數迅(xun)速📞減小(xiao),并且考(kao)慮🥰到浮(fu)子.與導(dao)向杆的(de)壁面約(yuē)束作用(yòng),通過比(bǐ)較,選擇(ze)SSTk-ɷ模型作(zuò)爲浮子(zi)流量傳(chuán)感器的(de)湍流模(mo)型。
　　在GAMBIT中(zhōng)做出浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qi)的二維(wéi)模型,并(bing)劃分網(wang)格,然後(hou)把模型(xíng)導入到(dào)FLUENT軟件.中(zhōng),進行湍(tuān)流模型(xíng)的設置(zhi)、人口條(tiáo)件設置(zhì)、計🌂算模(mo)🔴型選擇(zé)、介質屬(shǔ)性設置(zhì)及浮子(zi)表面粗(cu)糙👈度設(shè)置等操(cao)作。
2.3仿真(zhen)結果
　　對(dui)10mm²/s和50mm²/s粘度(du)的12個流(liú)量點建(jiàn)立模型(xing)并進行(háng)數值求(qiu)解,誤差(cha)在5%以内(nèi)。針對30mm²/s和(hé)40mm²/s粘度的(de)12個點,在(zài)FLU-ENT建模時(shí),隻移動(dòng)浮子的(de)位移即(ji)可,其☂️他(ta)的網格(gé)都是模(mó)塊化的(de)，FLUENT中的設(she)置隻有(you)粘度項(xiàng)和人口(kou)速度不(bú)同,其他(ta)完全相(xiang)同。仿真(zhen)結果表(biǎo)明:誤.差(cha)也在5%以(yi)内。
2.3.1仿真(zhen)誤差分(fèn)析
　　令仿(páng)真流量(liang)爲q，則相(xiang)對誤差(chà)δy=1(qf-qv0)I/qy0×100%,不同粘(zhan)度下流(liú)量的相(xiang)✍️對誤差(cha)如圖2所(suo)示。
 
　　由圖(tú)2可知,不(bú)同粘度(du)下所得(de)的仿真(zhen)流量和(hé)實際流(liú)量的🌐誤(wu)♈差均未(wei)超過5%,說(shuo)明數值(zhi)仿真建(jian)模、劃分(fèn)網格、選(xuǎn)擇湍流(liu)模型以(yi)及♻️求解(jie)控制參(cān)數等方(fang)面都是(shì)合理的(de)。CFD數值仿(pang)真流場(chǎng)與實驗(yan)流場吻(wen)合,CFD數值(zhí)仿真模(mo)型能夠(gòu)很🐉好地(di)反映實(shi)驗結.果(guǒ)。
2.3.2速度雲(yún)圖及其(qí)分析
　　爲(wèi)了直觀(guān)地反映(ying)同一流(liu)量點不(bu)同粘度(du)下流量(liang)傳感👣器(qi)中🔴速度(du)的變化(hua),選取0.6qyDmax時(shi)不同粘(zhān)度.下X方(fāng)向速度(dù)進行分(fen)析,速度(du)雲圖如(ru)圖3所示(shi)。
 
由圖3可(kě)以分析(xī)出:
a.在同(tong)一刻度(dù)流量點(dian),X方向的(de)速度和(hé)速度梯(ti)度随着(zhe)流動🙇‍♀️介(jie)質粘度(dù)的增大(dà)而減小(xiao)。原因是(shi)流體的(de)粘度增(zēng)大了,内(nei)❤️部摩🤟擦(cā)力增大(da),流體克(kè)服摩擦(ca)力做功(gōng)增加,從(cong)而壓力(lì)損失增(zēng)大,速度(du)和速度(du)梯度都(dōu)減小了(le)。
b.在同一(yi)刻度流(liú)量點,随(suí)着流體(tǐ)粘度增(zeng)大，流體(ti)通過環(huán)隙後🔞的(de)漩渦尾(wěi)流區影(yǐng)響變小(xiao)。原因是(shì)流體粘(zhan)度減小(xiǎo),速度⁉️明(míng)顯減小(xiao),雷諾數(shù)減小，漩(xuan)渦.的傳(chuan)播速度(dù)⛹🏻‍♀️減小，而(ér)🚩同時粘(zhan)性切應(yīng)🧡力變大(dà)，渦量的(de)衰減速(su)度增🏃‍♂️大(dà)。
2.3.3環隙速(sù)度分析(xī)
　　刻度流(liu)量爲0.6qv0max的(de)仿真模(mó)型,其軸(zhóu)向103.5mm處爲(wei)錐管截(jié)面積最(zuì)大處也(yě)✔️就是環(huan)隙處，提(ti)取了環(huán)隙處的(de)速度數(shù)值🏃‍♂️,繪制(zhì)曲線如(rú)圖4所示(shi)。
 
　　從圖4可(ke)以看出(chū)，環隙處(chu)流體的(de)速度随(suí)着粘度(dù)的增大(dà)而減小(xiǎo)。原因是(shì)同一刻(kè)度流量(liang)下,環隙(xi)的面積(jī)是相同(tong)的,而流(liu)體介質(zhì)的粘㊙️度(du)增大,則(ze)其内.部(bu)摩擦力(li)消耗增(zeng)大,使流(liu)過環隙(xi)處的速(su)度降低(dī)。
3數值仿(pang)真與實(shí)驗數據(jù)對比
　　仿(páng)真的滿(mǎn)度誤差(chà)小于5%,而(er)實驗數(shù)據的滿(mǎn)度誤差(chà)是11%,二者(zhě)不同的(de)🚶主要原(yuán)因爲:
a.實(shi)驗數據(ju)本身存(cun)在着誤(wu)差。該實(shi)驗是通(tōng)過改變(biàn)溫度來(lai)改變🏃🏻‍♂️介(jiè)質粘度(dù)的,但是(shì)實驗過(guò)程中溫(wēn)度并非(fēi)恒定,有(you)一定的(de)波動,所(suo)以溫度(du)值有一(yi)定的誤(wu)差,從而(er)根據溫(wēn)度取得(dé)的密度(dù)和粘度(du)值也有(you)誤差。
b.仿(páng)真的粘(zhan)度值與(yu)實驗的(de)粘度值(zhí)有誤差(cha)。實驗是(shi)每個🔞流(liu)⭐量點☁️正(zheng)反行程(cheng)都測了(le)兩次,而(ér)仿真的(de)粘度值(zhí)是取🚶各(gè)次實驗(yàn)💰的平均(jun)值🌈,設定(ding)參數,每(měi)個流量(liang)點的粘(zhan)度隻有(you)一個數(shu)值。這種(zhǒng)方法必(bì)然導🌐緻(zhì)流體的(de)仿真粘(zhan)度和👣實(shí)驗粘度(dù)存在誤(wu)差☂️。
C.仿真(zhen)本身存(cún)在誤差(chà)。流場是(shì)連續的(de),但是CFD數(shù)值仿真(zhen)是采用(yong)離散化(huà)的手段(duàn)對流場(chang)進行叠(die)代計算(suàn)。如果網(wang)格📞較少(shao)✌️,則計算(suan)結果不(bú)夠正确(què),會産生(sheng)誤差;如(ru)果🔞網格(ge)過多,會(huì)使截斷(duan)誤差增(zeng)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(zǒng)結出粘(zhān)度對浮(fú)子流量(liàng)傳感器(qì)的影響(xiǎng)。通過對(dui)比發現(xiàn),數值仿(páng)真可以(yǐ)更透徹(chè)地看到(dao)管🍉體内(nei)👄部流體(tǐ)的流動(dong)情況,但(dàn)是數值(zhí)仿真需(xu)要經驗(yan)和對☀️流(liú)場狀态(tai)的基本(ben)把握,需(xū)要一定(ding)的理論(lun)基礎，而(ér)實驗可(kě)以獲得(dé)大量新(xin)的的資(zī)料,可以(yǐ)📧将數值(zhí)仿真作(zuo)爲實驗(yan)的♻️有效(xiào)補充。

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