摘(zhāi)要：通過(guo)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(du)爲10~50mm³/s的.4050航(háng)空潤滑(hua)油對👅浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)的影響(xiǎng)誤差約(yue)爲10%左右(you)。結合浮(fú)☁️子流🐅量(liang)傳感器(qì)的邊界(jie)層理論(lùn)與内部(bu)流體流(liu)👉動情況(kuàng),運用CFD軟(ruan)💜件仿真(zhen),将粘度(dù)對DN40mm浮子(zi)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(fèn)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(pang)真模型(xing),爲以後(hòu)📧流量傳(chuan)感器的(de)仿真提(tí)供了借(jiè)鑒作用(yong)。
　　浮子流(liú)量傳感(gǎn)器是以(yi)浮子在(zai)垂直錐(zhui)形管中(zhong)随着流(liu)⛷️量👨‍❤️‍👨變🈚化(huà)而升降(jiàng),改變它(ta)們之間(jian)的流通(tong)面積來(lái)進行測(cè)量的體(tǐ)積流量(liang)儀表,又(yòu)稱轉子(zǐ)流量傳(chuán)感器或(huò)💰變面積(jī)流量傳(chuan)感器”。浮(fú)😘子流量(liang)傳感器(qì)測量精(jing).度受🌍流(liu)動介質(zhi)密度和(hé)粘度影(ying)響較🍉大(dà)。國内外(wai)一些學(xué)者做了(le)大量試(shì)驗研究(jiū)2.3,試圖減(jian)小這兩(liǎng)個方面(miàn)對測量(liang)精度的(de)影響。葉(yè)佳敏通(tong)過大量(liàng)粘度實(shi)驗得到(dao)流量與(yu)不同浮(fú)子高度(dù)之間的(de)關系曲(qǔ)線和非(fēi)牛頓流(liú)體👉的粘(zhān)度影響(xiang)規律。
　　4個(ge)粘度共(gòng)24個流量(liang)點的實(shí)流實驗(yan),然後通(tong)過數值(zhí)仿真😍求(qiú)解🔅了兩(liǎng)個粘度(du)共12個流(liú)量點的(de)流量情(qíng)況,并根(gēn)❤️據仿真(zhen)模型結(jié)構化出(chu)另外兩(liǎng)個粘度(dù)12個流量(liang)點的仿(páng)真模型(xíng),與實驗(yan)對比,仿(páng)真誤🤟差(chà)在5%以内(nèi)。由此總(zǒng)結出DN40mm錐(zhui)管浮子(zǐ)流量傳(chuan)感器多(duō)粘🐕度仿(páng)真模🤟型(xing),該模型(xíng)📧便于以(yi)後深🌂入(rù)研究浮(fu)子流量(liang)傳感器(qì)粘度影(ying)響機😘理(lǐ)和優化(hua)減粘浮(fu)子的結(jie)構。
1實驗(yan)研究
　　本(běn)實驗介(jiè)質爲4050航(háng)空潤滑(huá)油,實驗(yan)粘度範(fan)圍爲10~50mm2/s。采(cǎi)用稱重(zhong)法标定(ding)流量傳(chuán)感.器,控(kòng)制系統(tǒng)采用變(biàn)頻穩壓(ya)💞方式,裝(zhuāng)置😘精度(dù)❄️爲5%0。系統(tǒng)根據設(shè)定的工(gong)作壓力(lì)和流♍量(liang)值,由變(biàn)頻器控(kòng)制油泵(bèng)的輸出(chū)功率。該(gai)裝置采(cǎi)用改變(bian)介質🙇🏻溫(wen)度的方(fang)式改變(bian)介質粘(zhān)度值👌,其(qí)中有一(yi)套完整(zhěng)的加熱(re)和冷卻(que)系統,實(shí)驗管道(dào)😘内設置(zhi)有溫度(du)傳感器(qì),随🐪時采(cǎi)集實驗(yan)介質🆚溫(wēn)度,通過(guo)溫度與(yǔ)介質粘(zhan)度的對(dui)應關系(xi),給出🚶實(shi)驗介質(zhì)的粘度(dù)值。實驗(yàn)裝置如(ru)圖1所示(shi)。
 
　　用稱重(zhong)法在可(ke)變粘度(du)流量标(biao)準裝置(zhi)上檢定(dìng)該流量(liang)💜傳感器(qì),檢定過(guo)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(gan)器9.0mi、0.2qxomas、0.4qxomas、0.6qxomas、0.8qqxomas和qxomas6個(gè)刻度值(zhí)上,記錄(lu)标準表(biao)流量和(hé)介質溫(wēn)度。利用(yòng)刻度換(huàn)算公💋式(shi)将表盤(pan)🙇🏻上水刻(ke)度值換(huan)算到實(shi)際流體(tǐ)✏️的流量(liàng)值。
　　對量(liàng)程範圍(wei)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(yán)究。qxo是🌈刻(ke)度流量(liàng),qvomax爲流量(liang)傳感器(qi)量程上(shang)限,qv是實(shi)際流量(liàng),δ1是滿度(dù)誤差,δ1=|(qy0-qy)1/qxomax100%,實(shí)驗數據(jù)見表1。
 
從(cóng)表1可以(yǐ)看出:
a. 同(tóng)一粘度(dù)流體,滿(man)度誤差(cha)随着流(liu)量的增(zēng)大而增(zēng)大。根據(jù)邊界層(céng)理論,同(tóng)一種粘(zhan)度的流(liú)體,當.流(liú)量增大(dà)時,浮子(zi)壁面上(shang)邊界層(ceng)的✏️厚度(dù)會變薄(bao),而邊界(jie)層内流(liu)速的速(su)度梯度(dù)會變大(dà),從而導(dao)緻浮子(zi).所受的(de)粘性切(qiē)應力🐇變(biàn)大,所以(yǐ)流量越(yue)大,滿度(du)誤差.越(yuè)大。

b.不同(tóng)粘度的(de)同一種(zhong)流體,在(zai)同一流(liu)量下，滿(man)度誤差(cha)随着粘(zhān)度的增(zēng)大而增(zēng)大。根據(ju)邊界層(céng)理.論,不(bu)同粘度(dù)的流體(tǐ)流過浮(fú)子流量(liàng)傳感器(qì)時,粘度(du)越大,邊(bian)界層厚(hòu)度越大(da),流體的(de)有效流(liu)通面積(jī)就越小(xiao)，另外，粘(zhan)度的增(zēng)大導緻(zhi)浮子受(shou)到的粘(zhān)性切應(yīng)力變大(da)。因此,必(bi)須減小(xiǎo)浮子流(liu)量傳感(gǎn)器的入(rù)口流.量(liàng)才能使(shi)浮子處(chù)在某一(yī)高度時(shi),維持受(shou)力平衡(héng)。
2仿真研(yán)究
2.1軟件(jian)簡介
　　計(ji)算流體(ti)力學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是(shi)利用計(jì)算機求(qiu)解描述(shu)流體流(liu)動❤️規律(lǜ)的控制(zhì)方程組(zǔ)技術,涉(shè)及到流(liú)體力學(xué)、計算方(fāng)🏃法及計(ji)算機圖(tu)形處😄理(lǐ)等㊙️技術(shu)。
2.2湍流模(mó)型的選(xuǎn)擇
　　SSTk-ɷ模型(xing)是MenterFR提出(chū)的标準(zhǔn)k-ɷ模型的(de)一個變(bian)形8。該模(mó)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(dao)🤟了湍💁流(liú)剪㊙️應力(lì)的傳播(bo)。該模型(xing)可以較(jiào)好地計(jì)算邊壁(bi)和環隙(xì)附近流(liu)體的束(shù)縛流動(dong)情況,還(hái)可以正(zheng)确計算(suan).湍流核(hé)心區域(yù)流體的(de)流動情(qing)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(liu)核心區(qu)域的計(ji)算較标(biao)準k-ɷ模型(xing)有更廣(guǎng)泛的應(yīng)用。
選擇(ze)的仿真(zhēn)介質爲(wèi)運動粘(zhan)度範圍(wei)10~50mm2/s的航空(kōng)潤滑油(you)，粘性👄影(ying)響明顯(xian)。粘性流(liu)體流經(jing)浮子流(liú)量傳感(gan)器時,由(yóu)于粘性(xìng)🚶‍♀️的影響(xiǎng),浮子流(liu)量傳感(gǎn)器内雷(lei)諾數迅(xun)速減小(xiao),并且考(kǎo)慮到浮(fú)子.與導(dǎo)向杆的(de)壁面約(yue)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(mó)型。
　　在GAMBIT中(zhong)做出浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qì)的二維(wei)模型,并(bìng)劃分網(wang)格,然後(hou)😍把❗模型(xíng)導入到(dao)FLUENT軟件.中(zhong),進行湍(tuān)流模型(xing)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(zi)表面粗(cu)糙度設(shè)置❌等操(cāo)作。
2.3仿真(zhen)結果
　　對(dui)10mm²/s和50mm²/s粘度(dù)的12個流(liu)量點建(jiàn)立模型(xíng)并進行(hang)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(jí)可,其他(ta)的網格(ge)都是模(mo)塊化的(de)，FLUENT中的設(she)置隻🔴有(you)粘度項(xiang)和人口(kǒu)速度不(bu)同,其他(tā)完全相(xiàng)同。仿真(zhēn)結果表(biǎo)明:誤.差(cha)也在5%以(yǐ)内。
2.3.1仿真(zhēn)誤差分(fen)析
　　令仿(pang)真流量(liàng)爲q，則相(xiang)對誤差(cha)δy=1(qf-qv0)I/qy0×100%,不同粘(zhān)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(dù)下所得(de)的仿真(zhēn)流量和(he)實際流(liú)🈲量的誤(wù)差均😘未(wèi)超過5%,說(shuō)明數值(zhi)仿真建(jian)模、劃分(fèn)網格、選(xuǎn)擇湍流(liú)模型以(yǐ)及求解(jie)控制參(cān)數等方(fang)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(gòu)很好地(di)反映實(shí)驗結.果(guo)。
2.3.2速度雲(yun)圖及其(qí)分析
　　爲(wei)了直觀(guan)地反映(ying)同一流(liú)量點不(bu)同粘度(du)下流量(liang)傳📐感器(qì)中速度(du)的變化(hua),選取0.6qyDmax時(shi)不同粘(zhan)度.下X方(fang)向速度(du)⚽進行分(fèn)析,速度(dù)雲圖如(ru)圖🥵3所示(shi)。
 
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(hé)速度梯(tī)度随着(zhe)流動介(jie)質粘🙇‍♀️度(du)的增大(da)而減小(xiao)。原因是(shì)流體的(de)粘度📞增(zeng)大了,内(nèi)⛹🏻‍♀️部摩擦(ca)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(du)梯💚度都(dou)減小了(le)。
b.在同一(yī)刻度流(liu)量點,随(suí)着流體(tǐ)粘度增(zēng)大，流體(ti)通過環(huán)🈲隙☂️後📐的(de)漩☁️渦尾(wei)流區影(ying)響變小(xiǎo)。原因是(shi)流體粘(zhān)度減小(xiao),速度明(míng)顯減小(xiǎo),雷諾數(shu)減小，漩(xuán)渦.的傳(chuan)播速度(dù)減小，而(ér)同時粘(zhān)性切應(yīng)力變大(dà)，渦量的(de)衰減速(sù)度增大(dà)。
2.3.3環隙速(sù)度分析(xī)
　　刻度流(liú)量爲0.6qv0max的(de)仿真模(mó)型,其軸(zhou)向103.5mm處爲(wèi)錐管截(jié)面積最(zui)大處也(yě)就是環(huan)隙處，提(tí)取了環(huán)隙處的(de)速度數(shu)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(chu)流體的(de)速度随(sui)着粘度(du)的增大(dà)而減小(xiao)。原👉因是(shi)同一刻(ke)度流量(liang)下,環隙(xi)的面積(ji)是相同(tong)的,而流(liú)體介質(zhì)的粘度(dù)增大,則(zé)其内.部(bu)摩擦力(lì)消耗增(zēng)大,使流(liú)過環隙(xi)處的速(su)度降低(dī)🏃🏻‍♂️。
3數值仿(páng)真與實(shí)驗數據(ju)對比
　　仿(páng)真的滿(man)度誤差(chà)小于5%,而(er)實驗數(shu)據的滿(mǎn)度誤差(chà)是11%,二者(zhě)不同的(de)主要原(yuan)因爲:
a.實(shí)驗數據(jù)本身存(cún)在着誤(wu)差。該實(shí)驗是通(tong)過改變(biàn)溫度來(lai)改變👅介(jie)質粘度(du)的,但是(shi)實驗過(guò)程中溫(wen)度并非(fēi)恒定,有(yǒu)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(de)的密度(du)和粘度(du)值也有(yǒu)誤差。
b.仿(páng)真的粘(zhan)度值與(yǔ)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(chéng)都測了(le)兩次,而(er)仿真的(de)粘度值(zhi)💞是取💞各(gè)次實驗(yan)的平均(jun)值,設定(ding)參數,每(mei)個流量(liàng)點的粘(zhan)度隻有(yǒu)一個🍓數(shù)值。這種(zhong)方法🌈必(bi)然導緻(zhi)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(cha)。流場是(shi)連續的(de),但是CFD數(shù)值仿真(zhēn)是采用(yòng)離散👈化(hua)的手段(duan)對流場(chang)進行叠(dié)代計算(suan)。如果☁️網(wǎng)格較少(shao),則計算(suàn)結果不(bu)夠正确(què),會産生(shēng)誤差;如(rú)果💋網格(ge)過多,會(hui)使截斷(duàn)誤差增(zeng)大,同樣(yang)也會引(yǐn)起較大(da)誤差。
4結(jié)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(duì)比發現(xian),數值仿(páng)真可以(yǐ)更透徹(che)🎯地看到(dào)管體内(nèi)🚩部流體(tǐ)的流動(dong)情況,但(dan)是數值(zhí)仿真需(xū)要經驗(yan)和對流(liu)場狀态(tài)的基❤️本(ben)把握,需(xu)要一定(dìng)的🏃‍♀️理論(lùn)基礎，而(er)實驗可(ke)以獲得(de)大量新(xin)的的資(zī)料,可以(yi)将數值(zhí)仿真作(zuo)爲實驗(yan)的有效(xiao)補充。

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