摘(zhai)要：通過(guo)研究粘(zhan)度對浮(fú)子流量(liang)傳感器(qi) 測量的(de)影響,運(yùn)用實驗(yàn)手段,測(cè)出粘度(du)爲10~50mm³/s的.4050航(háng)空潤滑(hua)油對浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qì)的影響(xiang)誤差約(yue)爲10%左右(you)。結合浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)的邊界(jiè)層理論(lun)與内部(bu)流體流(liu)動情況(kuàng),運用CFD軟(ruan)件仿真(zhēn),将粘度(du)對DN40mm浮子(zi)💔流量傳(chuán)感器影(yǐng)響誤差(chà)控制在(zài)5%以内。從(cóng)流場✂️的(de)角度分(fen)🈚析浮子(zi)流量傳(chuán)感器粘(zhān)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(chuán)感器的(de)仿真提(tí)供了借(jie)鑒作用(yòng)。
　　浮子流(liu)量傳感(gǎn)器是以(yi)浮子在(zài)垂直錐(zhui)形管中(zhōng)随着流(liú)量變化(hua)而升降(jiang),改變它(ta)們之間(jiān)的流通(tōng)面積來(lái)進行測(cè)量的🛀🏻體(tǐ)積流量(liàng)儀表,又(you)稱轉子(zi)流量傳(chuán)感器或(huò)變面積(jī)流量傳(chuan)感器”。浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qi)測量精(jing).度受流(liú)動介質(zhì)🤟密度和(he)粘度影(ying)響較大(da)。國内外(wai)一些學(xué)者做了(le)大量試(shi)驗研究(jiu)2.3,試圖減(jiǎn)小這兩(liǎng)個方面(mian)對測量(liàng)㊙️精度的(de)影響。葉(yè)佳敏通(tong)過大量(liang)粘度實(shí)驗得到(dào)🌈流量與(yǔ)不同浮(fú)子高度(dù)之間的(de)關系曲(qu)線和非(fēi)牛頓流(liu)體的粘(zhan)度影響(xiang)規律。
　　4個(gè)粘度共(gong)24個流量(liàng)點的實(shí)流實驗(yàn),然後通(tōng)過數值(zhi)仿真🔴求(qiú)解✔️了兩(liǎng)個粘度(dù)共12個流(liu)量點的(de)流量情(qing)況,并根(gēn)據仿真(zhen)模型結(jie)構化出(chu)另外兩(liǎng)個粘度(du)12個流量(liang)點的仿(páng)真模型(xing),與實驗(yàn)對比,仿(pang)真誤♍差(chà)在5%以内(nèi)。由此總(zong)結出DN40mm錐(zhuī)管浮♊子(zi)流量傳(chuan)感器多(duō)粘度仿(páng)真模型(xíng),該模型(xing)便于以(yi)後深入(rù)研究浮(fu)子流量(liang)傳感器(qì)粘度影(yǐng)響機理(lǐ)和優化(hua)減粘浮(fu)子的結(jié)構。
1實驗(yan)研究
　　本(ben)實驗介(jie)質爲4050航(háng)空潤滑(hua)油,實驗(yàn)粘度範(fàn)圍爲10~50mm2/s。采(cai)用稱👣重(zhòng)法标定(ding)流量傳(chuán)感.器,控(kòng)制系統(tǒng)采用變(bian)頻穩壓(yā)🏃🏻‍♂️方式,裝(zhuāng)置精度(du)爲5%0。系統(tǒng)根♋據設(she)定的工(gong)作壓力(li)和流量(liang)值,由變(bian)頻器控(kòng)制油泵(bèng)的輸㊙️出(chū)功率。該(gai)裝置采(cǎi)用🧑🏽‍🤝‍🧑🏻改變(biàn)介質溫(wēn)度的方(fang)式改變(bian)介🌈質粘(zhān)度值,其(qi)中有一(yī)套完整(zheng)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(yan)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(zhì)的粘度(du)值。實驗(yan)裝置如(rú)圖1所示(shi)。
 
　　用稱重(zhong)法在可(kě)變粘度(dù)流量标(biāo)準裝置(zhì)上檢定(ding)該流量(liang)傳感器(qi),檢定過(guò)程爲:調(diào)節變頻(pín)器,使标(biāo)定軟.件(jiàn)測量到(dào)的電壓(ya)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(gè)刻度值(zhí)上,記錄(lù)🌈标準表(biao)流量和(he)👄介質溫(wen)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(deng)級1.5級的(de)DN40mm浮子流(liú)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(liàng)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(cong)表1可以(yǐ)看出:
a. 同(tóng)一粘度(dù)流體,滿(mǎn)度誤差(cha)随着流(liú)量的增(zēng)大而增(zeng)大。根🈲據(ju)邊界層(ceng)🔞理論,同(tong)一種粘(zhān)度的流(liu)體,當.流(liú)量增大(dà)時,浮子(zi)壁面上(shàng)邊界🈲層(ceng)的厚度(dù)會變薄(báo),而邊界(jie)層内流(liú)速的速(su)度梯度(du)會變大(da),從而🌈導(dao)緻浮子(zǐ).所受的(de)粘性切(qiē)應力變(bian)大,所以(yǐ)流量越(yuè)大⁉️,滿度(du)誤差.越(yuè)大。

b.不同(tong)粘度的(de)同一種(zhong)流體,在(zai)同一流(liu)量下，滿(mǎn)度誤差(chà)随着粘(zhān)💞度的增(zēng)大而增(zeng)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(liang)傳感器(qì)時,粘度(dù)越大,邊(bian)界層厚(hou)度越大(da),流體的(de)有效流(liu)通面積(jī)就越小(xiǎo)，另外，粘(zhan)度的增(zēng)大導緻(zhì)浮子受(shòu)到的粘(zhan)性切應(ying)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(shòu)力平衡(heng)。
2仿真研(yan)究
2.1軟件(jian)簡介
　　計(ji)算流體(ti)力學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是(shi)利用計(ji)算機求(qiú)解描述(shù)流體流(liu)動規律(lü)的控制(zhì)方程組(zǔ)技術,涉(she)及到流(liu)體力學(xué)、計算方(fāng)法及計(ji)算機圖(tú)形處理(li)等技術(shù)。
2.2湍流模(mo)型的選(xuǎn)擇
　　SSTk-ɷ模型(xíng)是MenterFR提出(chu)的标準(zhun)k-ɷ模型的(de)一個變(bian)形8。該模(mó)型合并(bìng)了來源(yuán)于🤞ɷ方程(cheng)中的交(jiao)叉擴散(san),并且湍(tuan)流粘度(dù)的計算(suàn)考慮到(dao)了湍流(liú)剪應力(lì)的傳播(bō)。該模型(xing)可以較(jiao)好地計(jì)算邊壁(bì)和環隙(xì)附近流(liú)體🔴的束(shu)縛流動(dong)情況,還(hái)🚶‍♀️可以正(zhèng)确計算(suàn).湍流核(hé)心區域(yù)流體的(de)流動情(qíng)況。該模(mo)型在近(jìn)壁自由(you)流中較(jiao)标準的(de)k-ɷ模型有(you)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(xíng)有更廣(guang)泛的應(ying)用。
選擇(zé)的仿真(zhen)介質爲(wèi)運動粘(zhan)度範圍(wei)10~50mm2/s的航空(kong)潤滑油(you)，粘性影(yǐng)響㊙️明顯(xian)。粘性流(liú)體流經(jīng)浮子流(liú)量傳感(gan)器時🌈,由(you)于粘性(xing)的影響(xiǎng),浮子流(liú)量傳感(gǎn)器内雷(lei)諾數迅(xun)速減小(xiǎo),并且考(kǎo)慮到浮(fú)子.與導(dao)向杆的(de)壁面約(yuē)束作用(yong),通過比(bi)較,選擇(ze)SSTk-ɷ模型🧑🏽‍🤝‍🧑🏻作(zuo)爲浮子(zǐ)流量傳(chuán)感器的(de)湍流模(mó)型。
　　在GAMBIT中(zhong)做出浮(fú)子流量(liang)傳感器(qì)的二維(wéi)模型,并(bìng)劃分網(wang)格,然後(hou)把模型(xing)導入到(dao)FLUENT軟件.中(zhong),進行湍(tuān)流模型(xing)的設置(zhi)、人口條(tiao)件設置(zhì)、計算模(mó)型選擇(ze)、介質屬(shu)性設置(zhì)及浮子(zi)表🍉面粗(cu)糙度設(she)置等操(cāo)作🔴。
2.3仿真(zhēn)結果
　　對(dui)10mm²/s和50mm²/s粘度(dù)的12個流(liú)量點建(jian)立模型(xing)并進行(hang)數值求(qiu)解,誤差(chà)在5%以☀️内(nèi)。針對30mm²/s和(hé)40mm²/s粘度的(de)12個點,在(zai)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(shè)置隻有(you)粘度項(xiang)和人口(kǒu)速度不(bu)同,其他(ta)完全相(xiàng)同。仿真(zhen)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(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(chà)如圖2所(suo)示。
 
　　由圖(tú)2可知,不(bu)同粘度(du)下所得(de)的仿真(zhēn)流量和(hé)實際流(liú)🌍量的誤(wù)♊差均未(wèi)超過5%,說(shuo)明數值(zhí)仿真建(jian)模、劃分(fen)網格、選(xuǎn)擇湍流(liú)模型以(yǐ)及求解(jiě)控制參(can)數等方(fang)面都是(shì)合🈚理的(de)。CFD數值仿(páng)真流場(chǎng)與實驗(yàn)流場吻(wen)合🏃,CFD數值(zhí)仿真模(mó)型能夠(gou)很好地(dì)反映實(shi)驗結.果(guo)。
2.3.2速度雲(yun)圖及其(qí)分析
　　爲(wèi)了直觀(guān)地反映(yìng)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(zhān)度.下X方(fang)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(tóng)一刻度(du)流量點(diǎn),X方向的(de)速度和(hé)速度梯(ti)度随着(zhe)流動介(jiè)質粘度(dù)的增大(da)而減小(xiao)。原因是(shi)流體的(de)粘度增(zeng)大了,内(nèi)部摩擦(ca)力增大(da),流體克(ke)服摩擦(ca)力做功(gōng)增加,從(cong)而壓力(lì)損失增(zeng)大,速度(dù)和速度(dù)梯🍉度都(dou)減小了(le)。
b.在同一(yi)刻度流(liú)量點,随(sui)着流體(ti)粘度增(zeng)大，流體(tǐ)通過環(huan)隙後的(de)漩渦尾(wei)流區影(ying)響變小(xiǎo)。原因是(shì)流體粘(zhān)度減小(xiao),速度明(ming)顯減小(xiǎo),雷諾數(shu)減小，漩(xuán)渦.的傳(chuan)播速度(du)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(xi)
　　刻度流(liú)量爲0.6qv0max的(de)仿真模(mo)型,其軸(zhou)向103.5mm處爲(wèi)錐管截(jie)面積最(zui)🈲大處👄也(yě)就是環(huán)隙處，提(tí)取了環(huan)隙處的(de)速度數(shu)值❄️,繪制(zhi)曲線如(ru)圖4所示(shi)‼️。
 
　　從圖4可(kě)以看出(chū)，環隙處(chu)流體的(de)速度随(sui)着粘度(dù)的增⭐大(dà)而減小(xiao)💃。原因是(shi)同一刻(ke)度流量(liàng)下,環隙(xì)的面積(jī)是相同(tóng)的,而流(liu)體介質(zhi)的粘度(dù)增大,則(ze)其内.部(bu)摩擦力(lì)🏃‍♀️消耗增(zeng)大,使流(liú)🔞過環隙(xi)處的速(su)度降低(di)。
3數值仿(páng)真與實(shi)驗數據(ju)對比
　　仿(páng)真的滿(man)度誤差(cha)小于5%,而(er)實驗數(shu)據的滿(man)度誤差(cha)是11%,二者(zhě)不🏃🏻同的(de)主要原(yuan)因爲:
a.實(shi)驗數據(jù)本身存(cun)在着誤(wù)差。該實(shí)驗是通(tong)過改變(bian)溫度❗來(lái)🔞改變介(jiè)質粘度(dù)的,但是(shi)實驗過(guo)程中溫(wen)度并非(fei)恒定,有(you)一⚽定的(de)波動,所(suo)以溫度(du)值有一(yī)定的誤(wù)差,從而(er)根據溫(wēn)度取得(dé)的密度(du)和粘度(dù)值也有(yǒu)誤差。
b.仿(pang)真的粘(zhān)度值與(yǔ)實驗的(de)粘度值(zhi)有誤差(cha)。實驗是(shì)每個流(liu)⛹🏻‍♀️量💔點☔正(zhèng)反行程(chéng)都測了(le)兩次,而(ér)仿真的(de)粘度值(zhi)♌是取各(ge)次實驗(yàn)的平均(jun)值,設定(dìng)參數,每(měi)個流量(liang)點的粘(zhan)度隻有(you)一個數(shu)值。這🚩種(zhong)方法必(bi)然導緻(zhì)流體的(de)仿真粘(zhan)度和實(shi)驗粘度(dù)存在誤(wù)差😍。
C.仿真(zhēn)本身存(cun)在誤差(cha)。流場是(shi)連續的(de),但是CFD數(shù)值仿真(zhen)🏃🏻是采用(yong)離散㊙️化(hua)的手段(duàn)對流場(chang)進行叠(dié)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(rú)果網格(ge)過多,會(hui)使截斷(duan)誤差增(zeng)大🌈,同樣(yàng)也會引(yin)起較大(dà)誤差。
4結(jié)束語
　　通(tōng)過實驗(yan)和數值(zhí)仿真,總(zǒng)結出粘(zhan)度對浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)😍的影響(xiang)。通過對(dui)比發現(xiàn),數值仿(pang)真可以(yi)更透徹(chè)地看📞到(dào)管體内(nèi)部流體(ti)的❄️流動(dong)情況,但(dan)是數值(zhi)仿真🌂需(xū)要經驗(yàn)和對流(liu)場狀态(tài)的基本(ben)把握,需(xū)要一定(dìng)的🔱理論(lun)基礎，而(ér)實驗可(kě)以獲得(de)大量新(xin)的的資(zī)料,可以(yi)♋将數值(zhí)仿真作(zuò)爲實驗(yan)的有效(xiào)補充。

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