摘(zhai)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(hang)空潤滑(hua)油對浮(fu)子流量(liang)傳感器(qi)的影響(xiang)誤差約(yue)爲10%左右(you)。結合浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qì)的邊💰界(jiè)層理論(lùn)與内部(bu)流體流(liú)動情況(kuang),運用CFD軟(ruǎn)件仿真(zhen),将粘度(dù)對DN40mm浮子(zǐ)流量傳(chuán)感器影(ying)響誤差(chà)🔆控制在(zai)5%以内。從(cóng)流場的(de)角度分(fen)析浮子(zi)流📱量傳(chuan)感器粘(zhan)💯度影響(xiang)規律及(jí)其機理(li),并且模(mó)式化仿(páng)真模型(xíng),爲以♉後(hòu)㊙️流量傳(chuán)感器的(de)仿真提(tí)供了借(jie)鑒作⛷️用(yong)。
　　浮子流(liu)量傳感(gǎn)器是以(yi)浮子在(zai)垂直錐(zhuī)形管中(zhōng)随着流(liú)🤩量變化(huà)而升降(jiang),改變它(ta)們之間(jiān)的流通(tong)面積來(lai)進行測(cè)量的體(ti)積✏️流量(liàng)🔴儀表,又(you)稱轉子(zi)流量傳(chuan)感器或(huò)🔴變面積(ji)流量傳(chuán)感器”。浮(fú)子流量(liàng)傳感器(qì)測量精(jīng).度受🛀流(liú)動介質(zhì)密度和(he)粘🐕度影(yǐng)響較大(da)。國内外(wài)一些學(xué)者做了(le)大量試(shi)驗研究(jiū)2.3,試圖減(jiǎn)小這兩(liang)個🏃🏻方面(mian)對測量(liang)精度的(de)影響。葉(ye)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(qu)線和非(fēi)牛頓流(liu)體的🔆粘(zhān)度影響(xiang)規律。
　　4個(ge)粘度共(gòng)24個流量(liàng)點的實(shi)流實驗(yàn),然後通(tong)過數值(zhí)仿真求(qiú)解了兩(liang)個粘度(du)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(liang)個粘度(dù)12個流量(liang)點的仿(pang)真模型(xíng),與實驗(yàn)對比,仿(páng)真誤差(chà)在5%以内(nei)。由此總(zong)結出DN40mm錐(zhui)管浮子(zi)流量傳(chuán)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(liàng)傳感器(qi)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(běn)實驗介(jie)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(chuan)感.器,控(kòng)制系統(tong)采用變(bian)頻穩壓(yā)方式,裝(zhuang)置精度(dù)⁉️爲5%0。系統(tong)根據設(she)定的工(gong)作壓力(lì)和流量(liàng)值,由變(bian)頻器控(kòng)制油泵(beng)的輸出(chū)功率。該(gai)裝置采(cai)用改變(bian)介質溫(wen)度的方(fāng)🌈式改變(bian)介🐆質粘(zhān)度值,其(qí)中有一(yi)套完整(zheng)的加熱(rè)和冷卻(que)系統,實(shi)驗管道(dao)内設置(zhi)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(yǔ)介質粘(zhān)度的對(duì)應關系(xì),給出實(shí)驗介質(zhì)💃的粘度(dù)值。實驗(yan)裝🆚置如(rú)圖1所示(shì)。
 
　　用稱重(zhong)法在可(kě)變粘度(dù)流量标(biāo)準裝置(zhi)上檢定(dìng)該流量(liàng)🏃傳感器(qì),檢定過(guo)程爲:調(diao)節變頻(pín)器,使标(biāo)定軟.件(jian)測量到(dao)的電壓(yā)值🌏分别(bié)♉對應流(liú)量傳感(gǎn)器9.0mi、0.2qxomas、0.4qxomas、0.6qxomas、0.8qqxomas和qxomas6個(ge)刻度值(zhi)上,記錄(lù)标準表(biǎo)流量和(hé)🥵介質溫(wen)☔度。利用(yong)刻度換(huàn)算公式(shi)将表盤(pan)👌上水刻(ke)度❄️值換(huàn)算到實(shí)際流體(ti)的流量(liàng)值。
　　對量(liàng)程範圍(wéi)1~10m³/h、精度等(deng)級1.5級的(de)DN40mm浮子流(liu)量傳感(gǎn)器進行(háng)實🥰驗👄研(yan)究。qxo是🐆刻(ke)度流量(liàng),qvomax爲流量(liàng)傳感器(qi)量程上(shàng)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(ju)見表1。
 
從(cóng)表1可以(yi)看出:
a. 同(tong)一粘度(du)流體,滿(man)度誤差(cha)随着流(liu)量的增(zeng)大而增(zeng)大。根🚩據(jù)邊界🔅層(ceng)🈲理論,同(tong)一種粘(zhan)度的流(liu)體,當.流(liú)量增大(da)時,浮子(zǐ)壁面上(shàng)邊界層(ceng)的厚度(dù)會變薄(báo),而邊界(jiè)層内流(liu)速的速(su)度梯🙇‍♀️度(dù)會變大(da),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(yuè)大,滿度(dù)誤差.越(yuè)大。

b.不同(tong)粘度的(de)同一種(zhǒng)流體,在(zai)同一流(liu)量下，滿(mǎn)度誤差(cha)随着👉粘(zhan)度的增(zēng)大而增(zeng)大。根據(ju)邊界層(ceng)理.論,不(bú)同粘度(du)的流體(ti)流過🔅浮(fú)子流量(liàng)傳感器(qì)時,粘度(du)越大,邊(biān)界🐪層厚(hou)度越大(da),流體的(de)有效流(liu)通✏️面積(ji)就越小(xiǎo)，另外，粘(zhān)度的增(zeng)大導緻(zhi)浮子受(shòu)到的粘(zhān)性切應(yīng)力變大(dà)。因此,必(bi)須減小(xiao)浮👄子流(liu)量傳感(gan)器的入(ru)口流💘.量(liàng)才能使(shi)浮子處(chù)在某一(yī)🌈高度時(shí),維持受(shou)力平衡(heng)。
2仿真研(yan)究
2.1軟件(jian)簡介
　　計(jì)算流體(ti)力學(ComputationalFluidDynam-ics,CFD)是(shi)利用計(jì)算機求(qiú)解描述(shu)流體流(liu)動規律(lü)的控制(zhi)方程組(zǔ)技術,涉(shè)及到流(liu)體力學(xué)、計算方(fāng)法及計(ji)算機圖(tú)形處理(lǐ)等技術(shù)。
2.2湍流模(mo)型的選(xuan)擇
　　SSTk-ɷ模型(xing)是MenterFR提出(chū)的标準(zhǔn)k-ɷ模型的(de)一個變(biàn)形8。該模(mó)型合并(bìng)了來源(yuan)于💋ɷ方👅程(chéng)中的交(jiao)叉擴散(san),并且湍(tuan)流粘度(du)的計算(suàn)考慮到(dào)了湍🔞流(liú)剪應力(li)的傳播(bō)。該模型(xíng)可以較(jiào)好地計(ji)算邊壁(bì)和環隙(xi)附近流(liú)體的束(shù)縛流動(dòng)情況,還(hai)可以正(zhèng)确計算(suan).湍流核(he)心區域(yù)流體的(de)流動情(qing)況。該🥵模(mó)型在近(jin)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(dù),在湍流(liu)核👣心區(qū)域的計(jì)算☎️較标(biāo)準k-ɷ模型(xing)有更廣(guǎng)泛的應(yīng)用。
選擇(ze)的仿真(zhen)介質爲(wèi)運動粘(zhān)度範圍(wéi)10~50mm2/s的航空(kōng)潤滑油(yóu)，粘🙇‍♀️性影(yǐng)響明🙇🏻顯(xian)。粘性流(liu)體流經(jing)浮子流(liu)量傳感(gan)器時,由(you)于🚶‍♀️粘性(xìng)的影響(xiang),浮子流(liú)量傳感(gan)器内雷(lei)諾數迅(xun)速減小(xiǎo),并🛀且考(kao)慮到浮(fu)子.與導(dao)向杆的(de)壁面約(yue)束作用(yong),通過比(bi)較,選擇(zé)SSTk-ɷ模型作(zuo)爲浮子(zi)流量傳(chuan)感㊙️器的(de)湍流模(mó)型。
　　在GAMBIT中(zhōng)做出浮(fu)子流量(liàng)傳感器(qì)的二維(wéi)模型,并(bing)劃分網(wǎng)格,然後(hou)把模型(xíng)導入到(dào)FLUENT軟件.中(zhong),進行湍(tuan)流模型(xing)的設置(zhi)、人口條(tiao)件設🌈置(zhì)、計算模(mó)型選擇(zé)、介質屬(shu)性設置(zhì)及浮子(zǐ)表👣面粗(cū)糙度設(she)置等操(cao)作。
2.3仿真(zhēn)結果
　　對(duì)10mm²/s和50mm²/s粘度(dù)的12個流(liú)量點建(jian)立模型(xíng)并進行(háng)數值求(qiú)解,誤⁉️差(cha)在5%以内(nei)。針對30mm²/s和(he)40mm²/s粘度的(de)12個點,在(zai)FLU-ENT建模時(shi),隻移動(dòng)浮子的(de)位移即(ji)可,其👉他(tā)的網格(gé)都是模(mo)塊化的(de)，FLUENT中的設(shè)置隻有(you)粘度項(xiang)和人💯口(kou)速度不(bu)同,其💃他(tā)完全相(xiang)同👅。仿真(zhēn)結果表(biao)明:誤.差(chà)✍️也在5%以(yǐ)内。
2.3.1仿真(zhen)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(xiàng)🐕對誤差(chà)如圖2所(suǒ)示。
 
　　由圖(tu)2可知,不(bu)同粘度(dù)下所得(dé)的仿真(zhēn)流量和(hé)實際流(liu)量🤩的誤(wu)💞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(yi)及求解(jiě)控制參(can)數等方(fāng)面都是(shi)合理的(de)。CFD數👄值仿(páng)真🏃流場(chǎng)與實驗(yan)流場吻(wen)合,CFD數值(zhí)仿真模(mó)型能夠(gòu)很好地(di)反映實(shi)驗結.果(guo)。
2.3.2速度雲(yún)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(dù)下流量(liàng)傳感器(qì)中速度(du)的變化(huà),選取0.6qyDmax時(shi)不同粘(zhan)度.下X方(fāng)向速度(dù)進行分(fen)析,速度(dù)雲圖如(ru)圖🚶‍♀️3所示(shi)。
 
由圖3可(kě)以分析(xi)出:
a.在同(tóng)一刻度(dù)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(xiǎo)。原因是(shì)流體的(de)粘度增(zeng)大了,内(nei)部摩㊙️擦(ca)力❤️增大(dà),流體克(ke)服摩擦(ca)力做功(gōng)增加,從(cóng)而壓力(li)損🔞失增(zeng)大,速度(dù)和速度(du)梯度都(dou)減小了(le)。
b.在同一(yī)刻度流(liú)量點,随(suí)着流體(tǐ)粘度增(zēng)大，流體(tǐ)通過環(huán)隙後😍的(de)漩渦尾(wěi)流區影(ying)響變小(xiao)。原因是(shì)流體粘(zhan)度減小(xiǎo),速度明(míng)顯減小(xiǎo),雷諾數(shù)減小，漩(xuán)渦.的傳(chuán)播速度(dù)減小，而(er)同時粘(zhan)性切應(yīng)👅力變大(da)，渦量的(de)衰減速(su)度增大(da)。
2.3.3環隙速(su)度分析(xi)
　　刻度流(liú)量爲0.6qv0max的(de)仿真模(mó)型,其軸(zhou)向103.5mm處爲(wei)錐管截(jié)面積最(zuì)大處也(ye)就是環(huán)隙處，提(tí)取了環(huán)隙處的(de)速度數(shù)值,繪制(zhi)曲線如(ru)圖4所示(shì)。
 
　　從圖4可(kě)以看出(chū)，環隙處(chù)流體的(de)速度随(suí)着粘度(dù)的增大(dà)🏒而減小(xiǎo)。原🐉因是(shi)同一刻(ke)度流量(liàng)下,環隙(xì)的面積(ji)是相同(tong)💜的,而流(liu)體介質(zhi)的粘度(dù)增大,則(zé)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(pang)真與實(shi)驗數據(jù)對比
　　仿(páng)真的滿(mǎn)度誤差(chà)小于5%,而(ér)實驗數(shù)據的滿(mǎn)度誤差(cha)是11%,二者(zhe)不同的(de)主要原(yuán)因爲:
a.實(shi)驗數據(jù)本身存(cún)在着誤(wu)差。該實(shi)驗是通(tong)過改變(biàn)溫度來(lai)改變介(jiè)質粘度(dù)的,但是(shì)實驗過(guo)程中溫(wēn)度并非(fēi)🎯恒定,有(you)一💁定的(de)波動,所(suǒ)以溫度(du)值有一(yī)定的誤(wu)差,從而(ér)根據溫(wēn)度取得(dé)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(zhi)有誤差(cha)。實驗是(shì)每個流(liú)量點正(zheng)反行程(cheng)都測了(le)兩次,而(ér)仿真的(de)粘度值(zhi)是取各(gè)次🆚實驗(yàn)的平均(jun)值,設定(ding)參數,每(mei)個流量(liàng)點的粘(zhan)度隻有(you)一個數(shù)值。這種(zhong)方法💯必(bì)然導緻(zhi)流體的(de)仿真粘(zhan)度和✏️實(shí)驗粘度(du)存在誤(wu)差。
C.仿真(zhēn)本身存(cún)在誤差(chà)。流場是(shi)連續的(de),但是CFD數(shu)值仿真(zhēn)是采🈲用(yòng)離散化(hua)的手段(duàn)對流場(chǎng)進行叠(die)代計算(suan)。如果網(wang)格較少(shao),則計算(suan)結果不(bu)夠正确(què),會産生(shēng)誤差;如(ru)果網格(ge)過㊙️多,會(huì)使截斷(duàn)誤🆚差增(zēng)大,同樣(yàng)也👄會引(yǐn)起較大(dà)🆚誤差。
4結(jié)束語
　　通(tōng)過實驗(yàn)和數值(zhí)仿真,總(zǒng)結出粘(zhan)度對浮(fú)子流量(liang)傳感器(qì)☁️的影響(xiǎng)。通過對(dui)比發現(xiàn),數值仿(pang)真可以(yǐ)更透徹(chè)地看到(dào)管體内(nei)🐉部流體(ti)的⭕流動(dong)情況,但(dàn)是數值(zhi)仿真需(xu)要經🏃🏻驗(yan)和對流(liu)場狀📱态(tài)的基本(běn)把握,需(xu)要一定(ding)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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