温度场对热膜式气体流量传感器内颗粒物沉积影响研究

发布时间：2020-06-09 09:13

【摘要】：热膜式气体质量流量传感器以独特的优点越来越广泛地应用于气体测量领域,然而由于工作环境或过滤器性能等原因,流量传感器内气体不可避免的含有微量亚微米颗粒物,这些颗粒物随气体在传感器中运动时,会在传感器热膜芯片上沉积,经过长时间的积累后形成灰尘堆,会影响热膜芯片上发热电阻和测温电阻的热传递,最终影响传感器的测量精度。影响热膜芯片上粒子沉积的因素很多:如芯片的安装位置、磁场力、电场力、温度场、流场和湿度等,本文主要研究温度场对热膜式流量传感器内颗粒物沉积的影响情况,分别用数值模拟和实验方法研究温度场对传感器内颗粒物沉积的影响。首先建立热膜式流量传感器有限元模型,用标准k-ε流动模型对热膜式流量传感器内气相流场和温度场进行求解,得出传感器内流场和温度场分布结果;然后加入颗粒离散相,用拉格朗日粒子追踪模型(DPM)追踪固相颗粒物的运动轨迹和最终状态:被壁面捕捉或从出口逃逸,计算出温度场影响时热泳力、布朗力、曳力、虚拟质量力和Saffman力单独作用下不同进口速度不同粒径颗粒物在传感器壁面和热膜芯片上的沉积率,通过比较粒子沉积率变化情况研究温度场对传感器内粒子沉积的影响作用;最终,得出温度场影响时传感器内固相颗粒的运动沉积规律。为验证数值模拟结果,设计热膜式流量传感器放大模型和粉尘产生装置,用热传导方式给热膜芯片加热,用体视显微镜观察热膜芯片上粒子沉积结果。用实验方法研究温度场在不同传感器进口流量条件下对热膜式流量传感器热膜芯片上粒子沉积的影响。实验结果和数值模拟结果比较一致:在进口流量较小的情况下,温度场对热膜式流量传感器内粒子沉积作用有影响。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH814;TP212

【参考文献】

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本文编号：2704469