本(běn)文應(yīng)用流(liú)體力(lì)學有關(guān)理(lǐ)論(lùn)探讨了(le)介質粘性(xìng)時轉(zhuǎn)子流量計
示值(zhí)影響的(de)基(jī)本規(guī)律,并以甘(gān)油水(shuǐ)溶液(yè)爲工(gōng)作介質,在流量标(biāo)準(zhǔn)裝置上(shàng)獲得了lzb,10,6三種(zhǒng)轉子流量計統一的(de)粘性(xìng)修(xiū)正公(gōng)式(shì)。結果(guǒ)表明結果的(de)趨(qū)勢基(jī)本(běn)一(yī)緻,統(tǒng)一的拈性(xìng)修正公式(shì)與(yǔ)實驗值(zhí)的最大偏差爲(wèi)3.3%。
轉子(zǐ)流量計由(yóu)于具有結構簡(jiǎn)單、成本低、使用方便(biàn)、量(liàng)程範圍(wéi)寬等優點,廣泛(fàn)地應用于工業(yè)生産及科(kē)學研究中,但是轉子(zǐ)流量計的使用(yòng)如同(tóng)其他(tā)流量(liàng)計一(yī)樣,遇到标定介質與使用介質(zhì)粘性(xìng)不一(yī)緻的問題.即轉子流量計在标(biāo)定條件下(xià)使用(yòng)标定介質所獲(huò)得的(de)刻(kè)度(dù)流量(liàng),當使用在實際(jì)工作條件下工(gōng)作介質的粘性(xìng)與标定介(jiè)質不(bú)同時,它的刻度應當作如何修正(zhèng).對于這個問(wèn)題,國内外許多(duō)學者作了(le)大量(liàng)的研究(jiū).這些研(yán)究從(cóng)方法上講(jiǎng)可分(fèn)爲兩(liǎng)大類(lèi),一類着重(zhòng)于盡可能(néng)地消(xiāo)除粘性影響的新型(xíng)浮子(zǐ)的設計t’l,以期避(bì)開由于标(biāo)定介(jiè)質與(yǔ)工作(zuò)介質粘性不同引起的示值修正;另一類研究(jiū)則(zé)是(shì)着(zhe)眼(yǎn)于對(duì)現有的(de)轉子流(liú)量計(jì)通(tōng)過試驗找出其粘性修(xiū)正曲(qǔ)線,獲(huò)得在(zài)不同(tóng)粘性的工(gōng)作介(jiè)質下(xià)流(liú)量(liàng)的轉換關系〔“~6].
上(shàng)述兩種(zhǒng)方(fāng)法對轉子流量計粘(zhān)性(xìng)影響的研究(jiū)有一定的推動作用,但從目前(qián)的工作(zuò)來看尚(shàng)存在一定(dìng)的問(wèn)題.采(cǎi)用第一種(zhǒng)方法,可以(yǐ)找(zhǎo)到(dào)一種(zhǒng)粘性(xìng)影響(xiǎng)減小(xiǎo)很多的浮子,如(rú)盤形浮子的(de)粘性影響即(jí)爲老(lǎo)式(shì)浮(fú)子的(de)25%,但盤形浮(fú)子重量小,這樣轉子(zǐ)流量計的量程(chéng)也小,無法用于(yú)實際生産。此(cǐ)外(wài),盡管盤形浮子(zǐ)的粘性影響極(jí)大地(dì)降低(dī),但問(wèn)題是仍然存在(zài)粘性影響,因此(cǐ)還是要尋(xún)求粘(zhān)性影響的修正(zhèng).對第二種方法,目前大(dà)都用機(jī)油作工作(zuò)介質(zhì),并用加(jiā)溫改變(biàn)粘性的(de)辦法來(lái)獲得實驗曲線(xiàn).衆所周知(zhī),采用(yòng)對機(jī)油(yóu)加溫的(de)辦法,實際(jì)上改變了(le)介質的3個(gè)參數,即(jí)溫度、粘(zhān)度、密(mì)度。這3個對(duì)轉子流(liú)量(liàng)計有影響的參數中(zhōng),密度(dù)的(de)影(yǐng)響是(shì)可以區分出來(lái)的;但是溫(wēn)度與(yǔ)粘度(dù)的影響互(hù)相交叉,很(hěn)難區(qū)分。因(yīn)此由這些(xiē)實驗得到(dào)的結(jié)果(guǒ),實際(jì)上至少(shǎo)是兩個因(yīn)素影(yǐng)響的綜(zōng)合,不能(néng)獲得介質(zhì)粘性(xìng)這單(dān)一因素對(duì)轉子(zǐ)流量計示(shì)值的(de)影響及其修正.迄今(jīn)爲止的上(shàng)述(shù)兩個方面的研究還有(yǒu)一個(gè)問題是均(jun1)爲實(shí)驗研(yán)究,理(lǐ)論研(yán)究(jiū)偏少.鑒(jiàn)于上述情(qíng)況,本(běn)文拟運用(yòng)流體力學(xué)基本理論(lùn),分析轉子(zǐ)的運動,導出轉子流量計(jì)的數學模(mó)型,從而得(dé)出轉(zhuǎn)子流量計(jì)粘性(xìng)修正的理論曲線。在(zài)實(shí)驗(yàn)中采(cǎi)用不同濃(nóng)度的(de)甘油作介(jiè)質并(bìng)将實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行密度(dù)修正,得(dé)到以(yǐ)理論(lùn)爲基(jī)礎,經實驗驗證(zhèng)的轉子流(liú)量計(jì)粘性修(xiū)正(zhèng)公式(shì).
1轉子流量計(jì)的(de)數學模型
轉子(zǐ)流量計(jì)的轉子(zǐ)在處(chù)于某一平(píng)衡(héng)位(wèi)置時受到(dào)下述(shù)幾(jǐ)個力的(de)作用(見圖1):自上而下的力
a.浮子(zǐ)重力(lì)gf=ρfvfg
式中(zhōng)ρf—浮子的平均密度
vf—浮(fú)子的(de)體(tǐ)積(jī)g
g—當地重力加(jiā)速度
b.流(liú)體對(duì)浮子頂部(bù)的壓力p2
自下而(ér)上的(de)力
a.浮(fú)子所(suǒ)受的浮力
ff=pvfg
式中(zhōng)ρ—介質的密度
b.流體對(duì)浮子底部(bù)的壓力p1
c.浮子與(yǔ)被測介質的粘(zhān)性摩擦力n,這個(gè)力有(yǒu)兩個分量(liàng)n,與n2,鑒于錐管及浮子(zǐ)的軸對稱(chēng)性,n,自(zì)相平(píng)衡.
浮(fú)子在平(píng)衡(héng)位置時的力平(píng)衡方(fāng)程爲(wèi)
p1s+n2+f1=p2s+g (1)
即(jí)(p1- p2) s+ n2=(ρf-ρ)vfg (2)
式中s—浮(fú)子最(zuì)大截(jié)面積
浮子(zǐ)處在任一(yī)平衡(héng)位置(zhì)時p1- p2爲常數,因此從式(2)有nz=const?? (3)
假設(shè)浮(fú)子處(chù)于某(mǒu)一平衡位(wèi)置時,浮子(zǐ)與管(guǎn)壁間(jiān)流體流動爲層(céng)流,有(yǒu)
式中t—流動流體(tǐ)的切(qiē)應力(lì)
m—介(jiè)質粘度
u—r方(fāng)向(xiàng)流體(tǐ)速度(dù)分量
uz—z方向流體(tǐ)速度(dù)分量(liàng)
對錐(zhuī)管錐度較小的(de)轉子流量(liàng)計有(yǒu)
從式(16)即可(kě)由已(yǐ)知粘(zhān)度爲m1的介(jiè)質,其通過轉子(zǐ)流量計流量爲(wèi)q,浮子最大橫截(jié)面所(suǒ)在(zài)平面錐(zhuī)管半徑爲ri2max的情(qíng)形時;求得粘度(dù)爲m2的介(jiè)質(zhì),流量(liàng)同樣爲q時,浮子(zǐ)最大(dà)橫(héng)截(jié)面所(suǒ)在平(píng)面(miàn)錐管的(de)半徑(jìng)爲(wèi)rii2max.由此即(jí)可知(zhī)道浮子的(de)相應(yīng)位(wèi)置(zhì),從而求(qiú)得(dé)粘度(dù)爲産(chǎn):的介質通(tōng)過錐(zhuī)管時(shí)的流(liú)量與(yǔ)浮子位置(zhì)的關(guān)系。再(zài)與已知的(de)召:介質的流量(liàng)與浮子(zǐ)位置(zhì)關(guān)系曲線比(bǐ)較,即可獲(huò)得轉子流量計的(de)粘(zhān)度修正曲線(xiàn)。
理論計(jì)算結果見圖2,3,4的(de)虛線.從圖(tú)中可(kě)以看(kàn)出(chū):随(suí)着介質粘(zhān)度的上升(shēng),介質流量(liàng)明顯下降(jiàng).這是因爲(wèi)在介(jiè)質粘(zhān)度上(shàng)升的同(tóng)時,浮子(zǐ)爲了保(bǎo)持其粘性阻(zǔ)力的不變(biàn)性而減小(xiǎo)速度(dù)的徑(jìng)向梯度,導(dǎo)緻介質流量的(de)減小.這個趨勢(shì)與(yǔ)式(10)的結(jié)果是(shì)一緻的.
2實(shí)驗研(yán)究
本文用(yòng)動态質量(liàng)法标準裝置測量通過轉子流(liú)量計的介(jiè)質流量(liàng).使(shǐ)用的(de)介質(zhì)爲甘油水(shuǐ)溶液,即(jí)用(yòng)在甘油中加入(rù)不等(děng)量水的(de)辦法來(lái)改變介(jiè)質(zhì)的粘(zhān)度。
在甘油(yóu)中加(jiā)入水(shuǐ)以後,在介(jiè)質粘(zhān)度發生變(biàn)化的同時介質(zhì)的密度也(yě)發生變化.爲了将介質密度變化對轉子(zǐ)流量(liàng)計示(shì)值的影響(xiǎng)與介(jiè)質粘(zhān)性變化對(duì)轉子流量(liàng)計示(shì)值的影(yǐng)響區分(fèn)開來.先用下式(shì)将所(suǒ)有實驗數(shù)據都(dōu)修正(zhèng)到與20℃水的密(mì)度對應(yīng)的流(liú)量(liàng)值
實驗采用(yòng)國(guó)産lzb-15 lzb-10 lzb-6玻璃(lí)轉(zhuǎn)子流(liú)量計,每種各(gè)實驗(yàn)2台.沒(méi)個流(liú)量(liàng)刻(kè)度在(zài)每個粘度值時(shí)測量3次取平均,實驗結(jié)果見圖(tú)2 3 4的實線.
折現曲(qǔ)線課(kè)回(huí)歸(guī)成下(xià)述關系:
q=a(m)+b(m)m+c(m) m2 (18)
式(shì)中m=r2/r1
由(yóu)于這(zhè)些不同型(xíng)号的轉(zhuǎn)子(zǐ)流量(liàng)計各不(bú)幾何相(xiàng)似,也不流(liú)體動力相(xiàng)似,因此上述a,b,c對(duì)不(bú)同(tóng)型号(hào)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)是不相同的。
對(duì)于lzb一(yī)15型(xíng)
a=374.15一(yī)2224.4 m +1834.8 m2
b=38.675一38.254m一1.6394 m2
e=一0.077771一(yī)1.0519m+1.6394 m2
對于lzb一10型
a=-775.42 +726.9m
b=15.86一16.475 m
c=-0.17857 +0.196 m
對(duì)于lzb-6型
a=-155.641 +154.726m
b=6.2479+7.602m
c=一0.061789 +0.12932 m
理論計(jì)算的結果(guǒ)與實(shí)驗值(zhí)的最(zuì)大偏差不(bú)超過3.3%
3讨論
a.理論模型推導時實(shí)際上用的(de)是一元流(liú)動模型(xíng),因(yīn)此對錐管錐度小的玻璃轉(zhuǎn)子流量計理論與實驗(yàn)值吻合較好.
b.理(lǐ)論結(jié)果是(shì)在層(céng)流流動前(qián)提下(xià)得到的(de).證(zhèng)明對lzb一15, lzb一(yī)10,lzb一6三(sān)類轉(zhuǎn)子流(liú)量計(jì)理論(lùn)計算(suàn)與實(shí)驗基(jī)本一(yī)緻,因此對(duì)這些(xiē)流(liú)量計該(gāi)模型(xíng)是可行的。
c.由于條件(jiàn)的限(xiàn)制,特别(bié)是試驗對象的品種、規格、數(shù)量(liàng)都(dōu)不多(duō),因此可能使本文(wén)的(de)試(shì)驗結果(guǒ)産生很大(dà)的局限性,隻能是個(gè)方法(fǎ)性(xìng)的探讨(tǎo),大量(liàng)的問題有(yǒu)待(dài)于考量(liàng)。
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