双压差动态流量计结构设计与模型研究

发布时间：2020-09-10 11:41

　　在流体领域的实验研究和工业生产的过程中,例如液压元件或者液压系统的实验研究、工业生产所用的液压设备的状态与故障监测等等,流量通常是要求监测和控制的重要参数之一。自二十世纪七八十年代以来,随着电液伺服、电液比例技术的问世,以及伺服技术的的创新与发展,对电液伺服阀、比例阀的动态、静态特性的测试技术的要求也越来越高。但是在动态特性测试中,对于有偏置的动态流量,目前国内尚无合适的动态流量计。本文结合流体力学的相关原理,详细阐述了利用三点压差实现动态流量测量的可行性,推导了双压差测量动态流量的数学模型,设计出用于动态流量测量的测量管,并利用FLUENT进行了流场仿真,在分析管内流动状态的同时为双压差动态流量计的数学模型提供了理论基础。利用双压差进行动态流量测量,既解决了流量计算过程中流体惯性及粘性的干扰,使流量计算的数学模型变得更为简单,又实现了动态流量的双向测量。用于动态流量测量的无载液压缸+速度传感器式测量元件,由于采用了大活塞面积和间隙密封的主体结构,可具有较高的动态性能,常用于伺服阀等液压元件的动态性能测试,但由于液压缸活塞的有效行程范围有限,也仅能测量流过伺服阀零区附近的高频对称往复式流量。以对称往复流量为基础,在原有电液伺服阀动、静态特性实验台的基础上加以改造,设计了动态层流流量计与动态油缸的对比实验系统。对不同频率的正弦流量信号以及阶跃流量信号进行了实际测量,并与动态油缸的测试结果作了对比。并在实验的基础上对数学模型作了适当的修正。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH814
【部分图文】：

速度分布,文丘里,经典,结构示意图

依据现有的差压式流量计可以了解到，流体流经管道中的节流件产生的压之间存在一定关系。在应用压差式流量计时，瞬时流量的影响因素主要为流动时引起的惯性力，以及速度变化引起的速度分布的变化，其性能稳定大的优点又无法替代。所以，如果能抵消掉流体流动的粘性和惯性影响，瞬时流量与压力差及其变化过程的数学关系，就可以结合压差式流量计通计算方法，间接得到瞬时流量值。动态流量计的工作原理.1 传统的差压式流量计传统的节流—差压式流量计是根据液流通过小的节流面积时，造成局部收增加，静压力下降，流量与压力差的平方根成正比的原理设计的，典型节—文丘里管，其结构如图 2-1 所示：

测量管,文丘里流量计

第 2 章双压差动态流量计的原理者的关系处理的更为简洁。对于有缓变节流装置的流场，流体运动平稳，两端压差变化显著，更容易通过传感器精确测量，容易找到瞬时流量与压力差函数之间的关系。如图 2-1 所示，对于经典文丘里流量计，测量管主体结构可以分为三部分直通的光滑圆管和一个渐缩管以及一个渐扩管组成，在渐缩、渐扩管中，流线不会脱离壁面，流动阻力主要是沿程的摩擦引起的。对应于缩小后流速的局部阻力系数 ζ=0.05-0.06，可见在渐缩、渐扩管中的流动损失很小，因此对它建立动态流动下的数学模型是可行的。因此，如图 2-2 所示，本文所研究的双压差动态流量计在传统文丘里流量计的基本结构上进行了改进：整体延长，使流态更为稳定，设定三个压力测量点，扩散角为 21 度，将两端设计为对称结构，这样在不影响流体流动状态的情况下更易于进行数学模型的搭建。

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第 2 章双压差动态流量计的原理ecR =2300[27]，流量计管道内油液流动的雷诺数远小于临界值，计算分析上可以确定管内油液的流动状态为层流。2.2.2 双压差动态流量计数学模型如图 2-3 所示为双压差动态流量计测量管的结构示意图，图中大管孔和小管孔的半径分别为1R 和2R ，轴向速度分别为1u 和2u ，假设流动为轴对称不可压缩的层流并且三段直管中的流线是直线。将管道水平放置，使轴线与 z 坐标重合，建立轴向柱面坐标系。

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