摘要：通過研(yán)究粘度對浮(fu)子流量傳感(gǎn)器 測量的影(yǐng)響,運用實驗(yan)手段,測出粘(zhan)度爲10~50mm³/s的.4050航空(kong)潤滑油對浮(fu)子👨‍❤️‍👨流量傳感(gan)器的影響誤(wù)差約爲10%左右(you)。結合浮子流(liu)♋量傳感器的(de)邊界層理論(lun)與内部流體(ti)流動情況,運(yùn)用CFD軟件仿真(zhen),将粘度對DN40mm浮(fu)子流量傳感(gǎn)器影響誤差(cha)控制在5%以内(nei)。從流場的角(jiao)度分析浮子(zǐ)流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量傳感器(qì)粘度影響規(guī)律及其機理(li),并且模式化(hua)仿真模型,爲(wèi)以後流量傳(chuán)感器的仿真(zhen)提供了借鑒(jiàn)作用。
　　浮子流(liú)量傳感器是(shì)以浮子在垂(chuí)直錐形管中(zhong)随着🤟流量變(bian)化而升降,改(gai)變它們之間(jian)的流通面積(ji)來進行測量(liang)的體積流量(liàng)儀表,又稱轉(zhuan)子流量傳感(gan)器或變面積(ji)流量傳😍感器(qi)”。浮子流量傳(chuan)感器測量精(jīng).度受流動介(jie)質密度和粘(zhan)度影響較大(dà)。國内外一些(xie)學者做了大(da)量試驗研究(jiu)2.3,試圖🌍減小這(zhè)兩個方面對(duì)測量精度的(de)影響。葉佳敏(mǐn)通過大量粘(zhān)度實驗得到(dao)流量與不同(tong)浮👉子高度之(zhī)間的關系曲(qǔ)線✍️和非牛頓(dun)流體的🈲粘度(dù)影響規律。
　　4個(gè)粘度共24個流(liu)量點的實流(liú)實驗,然後通(tōng)過數值仿真(zhen)求🔞解了兩🥵個(ge)粘度共12個流(liú)量點的流量(liàng)情況,并根據(ju)仿真模型結(jié)✨構化出另外(wài)兩個粘度12個(ge)流量點的仿(pang)真模型,與實(shi)驗對比,仿真(zhen)誤差在5%以内(nei)。由此總結出(chū)DN40mm錐管浮子流(liú)量傳😘感器多(duo)粘度仿真模(mó)㊙️型,該模型便(biàn)于以後深入(rù)研究浮子流(liu)量傳感器🧑🏾‍🤝‍🧑🏼粘(zhan)度影響機理(lǐ)和優化減粘(zhān)浮子的結構(gòu)。
1實驗研究
　　本(běn)實驗介質爲(wei)4050航空潤滑油(yóu),實驗粘度範(fan)圍爲10~50mm2/s。采用稱(cheng)重法标定流(liu)量傳感.器,控(kong)制系統采用(yong)變頻穩壓方(fang)式,裝置精度(dù)爲5%0。系統根據(jù)設定的工作(zuo)壓力和流量(liàng)值,由☀️變頻器(qì)控制油泵的(de)輸出功率。該(gāi)裝置采用改(gai)變介質溫度(du)的方🔴式改變(bian)介質粘度值(zhí),其中有一✊套(tao)完整的加熱(rè)和冷卻系統(tong),實驗管道内(nei)設置有溫度(dù)傳感器,随時(shí)🏃采集實驗介(jiè)質溫度,通過(guo)溫度㊙️與介質(zhi)粘度的🤩對應(yīng)關系,給出實(shi)驗介質的粘(zhān)度值。實驗✍️裝(zhuang)🍉置如圖1所示(shì)。
 
　　用稱重法在(zai)可變粘度流(liú)量标準裝置(zhi)上檢定該流(liu)量傳感器,檢(jiǎn)定過程爲:調(diào)節變頻器,使(shi)标定軟.件測(cè)💁量到的電壓(yā)值🌈分别對應(yīng)流量傳感器(qì)9.0mi、0.2qxomas、0.4qxomas、0.6qxomas、0.8qqxomas和qxomas6個刻度值(zhí)上,記錄标準(zhun)表流量和介(jie)質溫度。利用(yòng)刻度換算公(gong)式将表盤上(shàng)水刻度值換(huan)算到實際流(liu)體💋的流量值(zhí)。
　　對量程範圍(wéi)1~10m³/h、精度等級1.5級(jí)的DN40mm浮子流量(liàng)傳感器進行(háng)實🔆驗研究。qxo是(shi)💋刻度流量,qvomax爲(wei)流量傳感器(qì)量程上限,qv是(shì)實際流量,δ1是(shi)滿度誤差,δ1=|(qy0-qy)1/qxomax100%,實(shí)驗數據見表(biao)1。
 
從表1可以看(kan)出:
a. 同一粘度(du)流體,滿度誤(wu)差随着流量(liang)的增大而增(zēng)大。根據邊界(jiè)🈲層理論,同一(yī)種粘度的流(liú)體,當.流量增(zeng)大時,浮子壁(bì)面上邊界層(ceng)的🏃🏻厚度會變(biàn)薄,而邊界層(céng)内流速的✌️速(sù)度梯度會變(bian)大,從而❤️導緻(zhi)浮子.所受的(de)粘✔️性切應力(lì)變大,所以💁流(liu)量越大,滿度(du)誤差.越大。

b.不(bu)同粘度的同(tong)一種流體,在(zai)同一流量下(xia)，滿度誤差随(sui)着粘✊度的增(zēng)大而增大。根(gēn)據邊界層理(lǐ).論,不同粘度(du)的流體流過(guò)浮子⁉️流量💁傳(chuan)感器時,粘度(du)越大,邊界層(ceng)厚度越大,流(liú)體的有效流(liu)通面積就越(yuè)小，另外，粘度(dù)的增大導緻(zhi)浮子受到的(de)粘性切應力(li)👉變大。因此,必(bì)須減小浮子(zǐ)流量傳感📱器(qi)的入口流.量(liang)才能使浮子(zǐ)處在某一高(gāo)度時,維持受(shou)力平衡。
2仿真(zhēn)研究
2.1軟件簡(jian)介
　　計算流體(tǐ)力學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是利用(yòng)計算機求解(jiě)描述流體流(liu)動規律的📱控(kòng)制方程組技(ji)術,涉及到流(liú)體力學、計算(suàn)方法及計算(suan)機圖形處理(li)等🈲技術。
2.2湍流(liu)模型的選擇(ze)
　　SSTk-ɷ模型是MenterFR提出(chū)的标準k-ɷ模型(xing)的一個變形(xing)8。該模型合并(bìng)✍️了來源于ɷ方(fang)程中的交叉(chā)擴散,并且湍(tuān)流粘度的計(ji)算考慮到了(le)湍流剪應力(li)的傳播。該模(mo)型可以較好(hǎo)💚地計算邊壁(bi)和🤟環隙附近(jìn)流體的束縛(fu)流動情況,還(hái)可以正确🈲計(ji)算.湍流核心(xīn)區域㊙️流體的(de)流動情況。該(gai)模型在近壁(bì)自由流中較(jiao)标準的k-ɷ模型(xing)🌍有着更高的(de)精度,在湍流(liu)核心區域的(de)計算較标準(zhǔn)k-ɷ模型有更廣(guǎng)👨‍❤️‍👨泛的應用。
選(xuǎn)擇的仿真介(jie)質爲運動粘(zhan)度範圍10~50mm2/s的航(háng)空潤滑油，粘(zhan)性影😘響✊明顯(xian)。粘性流體流(liú)經浮子流量(liang)傳感器時,由(yóu)于粘性的影(yǐng)響,浮🈲子流♈量(liang)傳感器内雷(léi)諾數迅速減(jian)小,并且考慮(lü)到浮子.與導(dǎo)向杆的壁面(miàn)約束作用,通(tong)過比較,選擇(zé)SSTk-ɷ模型作爲浮(fú)子流量傳感(gǎn)器的湍流模(mo)型。
　　在GAMBIT中做出(chū)浮子流量傳(chuan)感器的二維(wéi)模型,并劃分(fèn)網格,然後🌈把(ba)模型導入到(dao)FLUENT軟件.中,進行(hang)湍流模型的(de)設置、人口條(tiao)件設置、計💃算(suàn)模型選擇、介(jiè)質屬性設置(zhì)及浮子表面(miàn)粗糙度設置(zhì)等操作。
2.3仿真(zhēn)結果
　　對10mm²/s和50mm²/s粘(zhan)度的12個流量(liang)點建立模型(xíng)并進行數值(zhi)求解,誤差在(zai)5%以内。針對30mm²/s和(hé)40mm²/s粘度的12個點(diǎn),在FLU-ENT建模時,隻(zhi)移動浮子的(de)位移即可,其(qi)他的網格都(dōu)是模塊化的(de)，FLUENT中的設置隻(zhī)有粘度✔️項和(he)人⭐口速度不(bu)同,其💋他完全(quán)相同👄。仿真結(jié)果👨‍❤️‍👨表明:誤.差(cha)也在5%以内。
2.3.1仿(páng)真誤差分析(xī)
　　令仿真流量(liàng)爲q，則相對誤(wu)差δy=1(qf-qv0)I/qy0×100%,不同粘度(dù)下流量的相(xiang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼對🤩誤差如圖(tú)🌈2所示。
 
　　由圖2可(ke)知,不同粘度(du)下所得的仿(páng)真流量和實(shi)際流🏃‍♂️量的誤(wù)差均未超過(guo)5%,說明數值仿(páng)真建模、劃分(fen)網格、選擇湍(tuan)流模型以及(ji)求解控制參(cān)數等方面都(dōu)是合理的。CFD數(shu)值仿真🤟流場(chǎng)與實驗流場(chang)吻合,CFD數值仿(páng)真模型能夠(gòu)很好地反映(ying)實驗結.果。
2.3.2速(sù)度雲圖及其(qi)分析
　　爲了直(zhi)觀地反映同(tóng)一流量點不(bu)同粘度下流(liú)量傳感器中(zhōng)速度的變化(hua),選取0.6qyDmax時不同(tong)粘度.下X方向(xiàng)速度進行分(fen)析💘,速度雲圖(tú)如圖3所示。
 
由(yóu)圖3可以分析(xi)出:
a.在同一刻(ke)度流量點,X方(fāng)向的速度和(he)速度梯度随(suí)着流動介質(zhì)粘度的增大(da)而減小。原因(yin)是流體的粘(zhān)度增大了,内(nèi)💃部摩㊙️擦力增(zeng)大,流體克服(fú)摩擦力做功(gōng)增加,從而📧壓(ya)力損失增大(dà)✊,速度和速度(dù)梯度都減小(xiǎo)了。
b.在同一刻(kè)度流量點,随(sui)着流體粘度(dù)增大，流體通(tong)過環隙😘後的(de)漩渦尾流區(qū)影響變小。原(yuan)因是流體粘(zhan)度㊙️減小,速度(dù)明顯減小❄️,雷(léi)諾數減小，漩(xuan)渦.的傳播速(su)度💯減小，而同(tong)時粘性切應(yīng)力變大，渦量(liang)的衰減速度(dù)增大。
2.3.3環隙速(su)度分析
　　刻度(dù)流量爲0.6qv0max的仿(páng)真模型,其軸(zhóu)向103.5mm處爲錐管(guan)截面積🔞最大(da)處也就☂️是環(huan)隙處，提取了(le)環隙處的速(sù)度數值,繪制(zhì)曲線如圖4所(suǒ)示🍉。
 
　　從圖4可以(yǐ)看出，環隙處(chù)流體的速度(dù)随着粘度的(de)增大而🌈減小(xiǎo)🔱。原因是同一(yī)刻度流量下(xià),環隙的面積(jī)是相同💋的,而(ér)流體介質的(de)粘度增大,則(zé)其内.部摩擦(cā)力消耗增大(dà),使流過環隙(xì)🌈處的速🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度降(jiang)低。
3數值仿真(zhen)與實驗數據(ju)對比
　　仿真的(de)滿度誤差小(xiao)于5%,而實驗數(shu)據的滿度誤(wu)差是11%,二者不(bu)🈲同的主要原(yuán)因爲:
a.實驗數(shu)據本身存在(zài)着誤差。該實(shí)驗是通過改(gai)變溫度來改(gǎi)🚩變介⭕質粘度(dù)的,但是實驗(yan)過程中溫度(du)并非恒定✍️,有(you)一♈定的波動(dong)㊙️,所以📱溫度值(zhi)有一定的誤(wu)差,從而根據(ju)溫度取得的(de)密度和粘度(dù)值也有誤差(chà)。
b.仿真的粘度(dù)值與實驗的(de)粘度值有誤(wu)差。實驗是每(měi)個流量點正(zhèng)💘反行程都測(ce)了兩次,而仿(pang)真的粘度值(zhí)🎯是取✂️各次實(shí)驗的平均值(zhí)⛹🏻‍♀️,設定參數,每(mei)個流量點的(de)粘度隻有一(yī)個數值。這種(zhǒng)方法必然導(dǎo)🔞緻流體的仿(pang)㊙️真粘度和實(shí)驗粘度存在(zài)誤差。
C.仿真本(ben)身存在誤差(chà)。流場是連續(xu)的,但是CFD數值(zhi)仿真是采用(yong)離散化的手(shǒu)段對流場進(jìn)行叠代計算(suàn)。如果網格較(jiào)少,則計算結(jie)果不夠正确(què),會産生誤差(cha);如果💚網格過(guò)多,會使截斷(duàn)誤差增大,同(tóng)樣也💔會引起(qǐ)較大誤差。
4結(jie)束語
　　通過實(shi)驗和數值仿(pang)真,總結出粘(zhān)度對浮子流(liú)量傳感🙇‍♀️器的(de)影響。通過對(dui)比發現,數值(zhi)仿真可以更(geng)透徹地看🏃🏻到(dào)管體内部流(liú)體的流動情(qíng)況,但是數值(zhi)仿真需要經(jing)驗和對流場(chǎng)狀🚩态的基本(ben)把握,需要一(yi)定的理論基(jī)礎，而實驗可(ke)以獲得大量(liàng)新的的資料(liào),可以将數值(zhí)仿真作爲實(shí)驗的有效補(bu)充。

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