摘要(yào)：通過研究(jiū)粘度對浮(fu)子流量傳(chuán)感器 測量(liàng)的影響,運(yùn)用實驗手(shou)段,測出粘(zhan)度爲10~50mm³/s的.4050航(háng)空潤滑油(yóu)對浮子流(liu)量傳感器(qi)的影響誤(wù)差約爲10%左(zuo)右。結合浮(fu)子流量傳(chuan)感器的邊(bian)界層理論(lùn)與内部流(liú)體流動情(qing)況,運用CFD軟(ruan)件仿真,将(jiang)粘度💜對DN40mm浮(fú)子流量傳(chuán)感器影響(xiǎng)誤差控制(zhi)在5%以🌏内。從(cong)流場的角(jiǎo)度分析浮(fú)子流🍉量傳(chuan)感器粘度(dù)影響規律(lü)🌈及其機理(lǐ),并且模式(shi)化仿🔴真模(mó)型,爲以✍️後(hòu)流量傳感(gǎn)器的🎯仿真(zhēn)提供了借(jie)鑒作用。
　　浮(fu)子流量傳(chuan)感器是以(yǐ)浮子在垂(chuí)直錐形管(guan)中随着流(liú)量變化而(ér)升降,改變(biàn)它們之間(jian)的流通面(mian)積來進🔴行(háng)測㊙️量的💃體(ti)積流量儀(yi)表,又稱轉(zhuan)子流量傳(chuán)感器或變(biàn)面積流量(liang)傳感器”。浮(fu)子流量傳(chuán)感器測量(liàng)精.度受🏃‍♀️流(liú)動介質密(mì)度和粘度(dù)影響較大(dà)。國内外一(yi)些學者做(zuo)了大量試(shì)驗研究2.3,試(shì)圖減小這(zhe)兩個方面(miàn)對測量🐕精(jing)度的影響(xiang)。葉🤟佳敏通(tong)過大量粘(zhan)度實驗得(dé)到流量與(yǔ)不同浮子(zǐ)高度之間(jiān)的關系曲(qu)線和非牛(niú)頓流體的(de)👣粘度影響(xiǎng)規律。
　　4個粘(zhan)度共24個流(liu)量點的實(shí)流實驗,然(rán)後通過數(shu)值仿真求(qiu)解✂️了兩個(ge)粘度共12個(ge)流量點的(de)流量情況(kuang),并根據仿(páng)真模型結(jié)構化出另(lìng)外兩個粘(zhān)度12個流量(liàng)點的仿真(zhēn)模型,與實(shi)驗對比🧡,仿(pang)真誤差在(zai)5%以内。由此(ci)總結出DN40mm錐(zhuī)管浮子流(liu)量傳感器(qi)多粘度仿(pang)真模型,該(gāi)模型🔞便于(yú)以後深入(ru)研究浮子(zi)流量傳感(gan)器👈粘度影(yǐng)響機理和(hé)優化減粘(zhan)浮子的結(jié)構。
1實驗研(yán)究
　　本實驗(yan)介質爲4050航(hang)空潤滑油(you),實驗粘度(dù)範圍爲10~50mm2/s。采(cǎi)用稱重❄️法(fa)标🌈定流量(liang)傳感.器,控(kong)制系統采(cǎi)用變頻穩(wěn)壓方式,裝(zhuang)置精度✉️爲(wei)5%0。系☀️統根據(ju)設定的工(gōng)作壓力和(he)流量值,由(yóu)🙇‍♀️變頻器控(kòng)制油泵的(de)輸出功率(lü)。該裝置采(cai)用改變介(jiè)質溫度的(de)方式改變(bian)介質粘度(dù)值🏒,其中有(you)一套完整(zheng)的加熱和(hé)冷卻系統(tǒng),實驗管道(dào)内設置有(you)溫🔞度傳感(gan)器,随時采(cai)集實驗介(jiè)質溫度,通(tōng)過溫度與(yu)介❤️質粘度(dù)的🥰對應關(guān)系,給出實(shi)驗介質的(de)粘度值。實(shi)驗裝置如(rú)圖1所示。
 
　　用(yòng)稱重法在(zài)可變粘度(du)流量标準(zhǔn)裝置上檢(jiǎn)定該流量(liang)傳感器,檢(jiǎn)定過程爲(wèi):調節變頻(pín)器,使标定(dìng)軟.件測量(liàng)到🌐的電👌壓(yā)值分别對(duì)應流量傳(chuan)感器9.0mi、0.2qxomas、0.4qxomas、0.6qxomas、0.8qqxomas和qxomas6個(gè)刻度值❗上(shang),記錄标準(zhun)表流量和(hé)👈介質溫度(du)。利用刻度(dù)換算公😄式(shì)将表盤上(shàng)水刻度值(zhi)換算到實(shí)際流體的(de)流量值📧。
　　對(dui)量程範圍(wéi)1~10m³/h、精度等級(ji)1.5級的DN40mm浮子(zi)流量傳感(gan)器進行實(shi)驗研究。qxo是(shì)刻度流量(liàng),qvomax爲流量傳(chuan)感器量程(cheng)上限,qv是實(shi)際流量,δ1是(shì)滿度誤差(cha),δ1=|(qy0-qy)1/qxomax100%,實驗數據(ju)見表1。
 
從表(biao)1可以看出(chū):
a. 同一粘度(du)流體,滿度(du)誤差随着(zhe)流量的增(zēng)大而增大(da)。根⚽據邊界(jiè)層理論,同(tong)一種粘度(du)的流體,當(dāng).流量增大(da)時,浮♋子壁(bi)面上🥰邊界(jiè)層的厚度(dù)會變薄,而(ér)邊界層内(nèi)流速的速(su)度梯度會(hui)變🥵大,從而(ér)導緻浮子(zi).所受的粘(zhān)🌈性切應力(lì)變大,所以(yǐ)流量越大(da),滿度誤差(cha).越大。

b.不同(tóng)粘度的同(tóng)一種流體(ti),在同一流(liu)量下，滿度(dù)誤差随着(zhe)粘度的增(zeng)大而增大(da)。根據邊界(jiè)層理.論,不(bú)同粘度的(de)流體流過(guo)浮子流量(liang)傳感器時(shí),粘度越大(dà),邊界層厚(hòu)度越大,流(liú)體的有效(xiao)流通面積(jī)就越小，另(lìng)外，粘度的(de)增大導緻(zhì)浮子受到(dào)的粘性切(qie)應力變大(dà)。因此,必須(xū)減小浮子(zi)流量傳感(gan)器的入口(kou)流.量才能(néng)使浮🌈子處(chu)在某一高(gāo)度時,維持(chi)受力平衡(héng)。
2仿真研究(jiu)
2.1軟件簡介(jie)
　　計算流體(ti)力學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是利(lì)用計算機(ji)求解描述(shù)流體流動(dong)規律🔆的控(kòng)制方程組(zǔ)技術,涉及(jí)到流體力(lì)學、計算方(fang)法及計算(suan)機圖🌈形處(chu)🐅理等🈚技術(shu)。
2.2湍流模型(xíng)的選擇
　　SSTk-ɷ模(mo)型是MenterFR提出(chu)的标準k-ɷ模(mo)型的一個(ge)變形8。該模(mó)型合并了(le)來源于ɷ方(fang)⛹🏻‍♀️程中的交(jiao)叉擴散,并(bing)且湍流粘(zhan)度的計算(suàn)考慮到了(le)湍流剪應(yīng)力🐆的傳播(bō)。該模型可(ke)以較好地(dì)計算邊壁(bì)和環隙附(fu)近流體的(de)束縛流動(dòng)情況,還可(ke)以正确🔞計(jì)算.湍流核(he)心區域流(liú)體的流動(dong)情況。該模(mó)型在近壁(bì)自由流中(zhōng)較标準的(de)k-ɷ模型有着(zhe)更高的🆚精(jing)度,在湍流(liu)核心區域(yu)的計算較(jiao)标準k-ɷ模型(xíng)有更廣泛(fàn)的應用🔱。
選(xuan)擇的仿真(zhēn)介質爲運(yun)動粘度範(fan)圍10~50mm2/s的航空(kōng)潤滑油，粘(zhān)性影響📱明(míng)顯。粘性流(liú)體流經浮(fú)子流量傳(chuán)感器時📱,由(you)于♉粘性的(de)影響,浮子(zi)流量傳感(gan)器内雷諾(nuo)數迅速減(jiǎn)小,并且考(kao)慮到浮子(zi).與導向杆(gǎn)的壁🧑🏽‍🤝‍🧑🏻面約(yue)束作用,通(tong)過比較,選(xuǎn)擇SSTk-ɷ模型☎️作(zuo)爲浮子💜流(liu)量傳感器(qì)的湍流🚶模(mó)型。
　　在GAMBIT中做(zuò)出浮子流(liú)量傳感器(qi)的二維模(mo)型,并劃分(fèn)網格,然後(hou)把模🐅型導(dao)入到FLUENT軟件(jiàn).中,進行湍(tuan)流模型的(de)設置、人口(kou)條件設置(zhi)、計算模型(xing)選擇、介質(zhì)屬性設置(zhi)及浮子表(biǎo)面粗糙度(du)設置等操(cao)作⛹🏻‍♀️。
2.3仿真結(jie)果
　　對10mm²/s和50mm²/s粘(zhan)度的12個流(liu)量點建立(li)模型并進(jìn)行數值求(qiu)解,誤差在(zai)💛5%以🤟内。針對(dui)30mm²/s和40mm²/s粘度的(de)12個點,在FLU-ENT建(jiàn)模時,隻移(yí)動⭐浮子的(de)位✂️移即可(ke),其🍓他的網(wǎng)格都是模(mo)塊化的，FLUENT中(zhong)的設置隻(zhī)🐇有粘度項(xiàng)和人口速(su)度不同,其(qi)他完全相(xiàng)同。仿真結(jie)果表明:誤(wu).差也在5%以(yi)内♍。
2.3.1仿真誤(wu)差分析
　　令(lìng)仿真流量(liang)爲q，則相對(duì)誤差δy=1(qf-qv0)I/qy0×100%,不同(tong)粘度下流(liu)量的相對(dui)誤差如圖(tu)2所示。
 
　　由圖(tu)2可知,不同(tong)粘度下所(suo)得的仿真(zhen)流量和實(shi)際流量的(de)💯誤差均未(wèi)超過5%,說明(míng)數值仿真(zhen)建模、劃分(fen)網格💃🏻、選擇(zé)湍流💯模型(xing)以及☔求解(jiě)控制參數(shù)等方面都(dōu)是合理的(de)。CFD數值仿真(zhēn)流場與實(shi)驗流場吻(wen)合,CFD數值仿(páng)真模型能(néng)夠很💁好地(di)反映實驗(yan)結.果。
2.3.2速度(du)雲圖及其(qí)分析
　　爲了(le)直觀地反(fǎn)映同一流(liú)量點不同(tóng)粘度下流(liú)量傳👉感器(qì)中速度的(de)變化,選取(qǔ)0.6qyDmax時不同粘(zhān)度.下X方向(xiang)速度進行(háng)分析,速度(du)雲圖如圖(tú)3所示。
 
由圖(tu)3可以分析(xi)出:
a.在同一(yī)刻度流量(liang)點,X方向的(de)速度和速(su)度梯度随(sui)着流動介(jie)質🔞粘度的(de)增大而減(jiǎn)小。原因是(shì)流體的粘(zhān)度增大了(le),内部摩擦(cā)力增大,流(liú)體克服摩(mó)擦力做功(gong)增加,從而(er)壓力損失(shi)增大,速度(du)和速度梯(tī)度都減小(xiǎo)了。
b.在同一(yī)刻度流量(liàng)點,随着流(liú)體粘度增(zēng)大，流體通(tōng)過環🐇隙❓後(hou)的✉️漩渦尾(wei)流區影響(xiǎng)變小。原因(yīn)是流體粘(zhān)度減小,速(sù)度明顯減(jian)小,雷諾數(shù)減小，漩渦(wō).的傳播速(sù)度減小，而(ér)同時粘性(xing)切應力變(biàn)大，渦量的(de)衰減速度(du)增大。
2.3.3環隙(xi)速度分析(xī)
　　刻度流量(liang)爲0.6qv0max的仿真(zhen)模型,其軸(zhou)向103.5mm處爲錐(zhui)管截面積(ji)🏃最💛大處也(yě)就是環隙(xì)處，提取了(le)環隙處的(de)速度數值(zhi),繪制曲線(xian)如圖4所示(shì)🏃🏻‍♂️。
 
　　從圖4可以(yǐ)看出，環隙(xì)處流體的(de)速度随着(zhe)粘度的增(zeng)大而減小(xiao)。原因是同(tóng)一刻度流(liú)量下,環隙(xi)的面積是(shi)相同的,而(er)🛀流體介質(zhi)的粘度增(zeng)大,則其内(nèi).部摩擦力(lì)消耗增🍓大(da),使流過環(huán)隙👉處的速(su)度降低😘。
3數(shu)值仿真與(yu)實驗數據(jù)對比
　　仿真(zhen)的滿度誤(wù)差小于5%,而(ér)實驗數據(ju)的滿度誤(wu)差是11%,二者(zhe)⚽不同的主(zhǔ)要原因爲(wei):
a.實驗數據(jù)本身存在(zài)着誤差。該(gai)實驗是通(tōng)過改變溫(wen)度來♌改變(biàn)🌈介質粘度(du)的,但是實(shí)驗過程中(zhōng)溫度并非(fēi)恒定,有一(yī)定的🏃🏻‍♂️波動(dong),所以💘溫度(dù)值有一定(dìng)的誤差,從(cóng)💚而根據溫(wen)度取🏃‍♀️得的(de)密度和粘(zhan)度值也有(you)誤差。
b.仿真(zhen)的粘度值(zhi)與實驗的(de)粘度值有(you)誤差。實驗(yàn)是每個流(liu)量點正反(fǎn)行程都測(ce)了兩次,而(er)仿真的粘(zhan)度值是取(qǔ)各次實驗(yan)的平均值(zhí),設定參數(shu),每個流量(liàng)點的粘度(du)隻☁️有一個(ge)數值。這種(zhǒng)方法🏒必然(ran)導🔞緻流體(ti)的仿真粘(zhan)度和實驗(yan)粘度存在(zài)誤差👅。
C.仿真(zhēn)本身存在(zài)誤差。流場(chǎng)是連續的(de),但是CFD數值(zhí)仿真是采(cai)用離散化(hua)的手段對(dui)流場進行(hang)叠代計算(suàn)。如果網格(gé)✏️較少,則計(ji)算結果不(bu)夠正确,會(hui)産生誤差(cha);如果網格(gé)過多,會使(shǐ)截斷誤🔴差(cha)增大,同樣(yàng)也會引起(qǐ)較大誤差(cha)。
4結束語
　　通(tong)過實驗和(hé)數值仿真(zhēn),總結出粘(zhān)度對浮子(zǐ)流量傳感(gan)器的🛀影響(xiang)。通過對比(bǐ)發現,數值(zhi)仿真可以(yi)更透徹地(dì)看🐕到管體(tǐ)内🚩部流體(ti)的㊙️流動情(qing)況,但是數(shu)值仿真需(xū)要經🈲驗和(he)對⭐流場狀(zhuàng)态的基本(ben)把握,需要(yào)一定的㊙️理(li)論基礎，而(er)實驗可以(yi)獲得大量(liàng)新的的💁資(zi)料,可以🔱将(jiāng)數值仿真(zhēn)作爲實驗(yàn)的有效補(bǔ)充。

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