基于微小尺度下浮子流量计的仿真研究

发布时间：2020-08-27 22:43

【摘要】：近年来,随着微电子技术、生物医学分析、精细化工等的兴起,人们对装置的微型化、集成化和智能化的要求越来越高,尤其是对在微小尺度下进行流量的精确测量提出了新的挑战。论文建立了微小尺度下浮子流量计的计算模型,进行了锥管锥半角以及浮子最大直径对浮子流量计流量测量效果影响的仿真研究,获得了微小尺度下浮子的结构设计参考数据。通过对锥管锥半角的仿真实验研究,由仿真实验浮子受力定量分析得到:浮子受到向上的升力主要来源于浮子受到的差压力,不受锥管锥半角改变的影响,浮子受力平衡度误差为δ_(不锈钢)=8.7%,δ_铝=7.2%,小于设定的10%,采用浮子受力平衡度误差法确定仿真计算精度获得较为理想的结果。由流量仿真实验分析得到:随着锥管锥半角的增大,流体流通面积增大,流量增大,流量与浮子上升高度之间的非线性误差增大;流量刻度满度误差可以作为选取锥管锥半角大小的参考条件。通过对浮子最大直径的仿真实验研究,由仿真实验浮子受力定量分析得到:浮子受力平衡度误差为δ_(Df1=.70)=9.2%,δ_(Df1=.84)=8.7%,δ_(Df=.20)=8.1%,小于设定的10%,采用浮子受力平衡度误差法确定仿真计算精度获得较为理想的效果。由流量仿真实验研究分析得到:随着浮子最大直径的增大,浮子体积、浮子迎流面积、流体流量增大,但流量与浮子上升高度之间的非线性误差较为接近,不受浮子最大直径改变的影响。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH814
【图文】：

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浮子流量计的工作机理，帮助人们更好地解决实际工程应用中微小尺度存在的问题。本章将在研究传统经典锥管浮子流量计流量计算公式的体粘性摩擦力的作用，建立微小尺度下浮子流量计流量计算数学模型管浮子流量计的计量原理作原理子流量计（又称转子流量计），是一种通过改变锥管内流通面积来测量的一种仪表，又称变面积流量计或面积流量计。浮子流量计主要由一根管和一个在锥形管中可以上下自由移动的浮子组成（见图 2-1（a））。过两端法兰、螺纹或软管与测量管道相连接，并且竖直地安装在测量重心与锥管的中心轴重合，当流体自下向上地流过锥管时，被浮子截流游产生压力差，浮子就在压力差的作用下上升。当浮子受力平衡时，浮一高度上。对于一台结构给定的浮子流量计，浮子在锥管中上升的位置管的流体流量大小成一一对应的关系，即浮子上升高度 h 可作为流体流就是浮子流量计的工作原理[52-53]。

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浮子在上升的过程中实际受体与浮子的粘性摩擦力 Ff。粘性分量 Fτ和垂直于流动方向的分量轴对称，Fr自相平衡，计算中只需浮子流量计时，浮子除了受到差擦力分量 Fτ的作用。力平衡方程为：ρpτG =F+F+F。结构上端为圆台（钝形体），下端壁面所受到的粘性摩擦力与差压摩擦力和差压阻力属于绕物流动问作用，后者与浮子上下壁面形状计结构的独特，因此求解的粘性力分量 Fτ2和下部分圆锥体的粘性

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西安工程大学硕士学位论文综上，当微小尺度下浮子流量计的浮子形状和结构尺寸大小确定后，流体中浮子的重力和浮力可通过公式计算得出，是常数。但是浮子所受到的粘性摩擦力与流体的粘度变化较为显著，而动压力是时刻变化的，与流体的来流速度有很大的关系。浮子随来流的变化在平衡位置上上下运动，直到在新的位置上稳定。因此，浮子的运动是一个阻尼衰减的运动平衡过程，直到浮子在平衡位置上静止。图 2-3 是浮子运动平衡过程的示意图。

【参考文献】