現(xiàn)代流動(dòng)測(cè)試技術(shù)第三次作業(yè)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上近無(wú)限長(zhǎng)圓柱（圓柱長(zhǎng)度與直徑之比大于10）繞流實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：閉式循環(huán)供水回路主要是由水箱、水泵、旁路系統(tǒng)、調(diào)節(jié)閥門(mén)及連接管道組成的。供水系統(tǒng)中使用的水泵是型號(hào)為 2BA-9 的離心式水泵，額定揚(yáng)程為 28.5m，額定流量為 15m3/h。水經(jīng)水泵從水箱中抽出，一部分經(jīng)旁路及閥門(mén)流回水箱實(shí)現(xiàn)水回路流量粗調(diào)節(jié)，另一部分經(jīng)電磁流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥門(mén)進(jìn)入試驗(yàn)段。調(diào)節(jié)閥門(mén)的主要作用是用來(lái)精細(xì)調(diào)節(jié)水流量。單圓柱繞流試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：在單圓柱繞流實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)量直徑 35mm 的圓柱表面脈動(dòng)壓力，因此要求采用的壓力傳感器要有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，以滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量的要求。本實(shí)驗(yàn)所采用的擴(kuò)

2、散硅壓阻式壓力傳感器為按實(shí)驗(yàn)要求定制的 NS-2 微型壓力傳感器，量程為 050kPa，輸入電壓為 DC 5V。如圖所示，在測(cè)試圓柱正中，沿徑向開(kāi)一個(gè)深為 2mm、直徑為 1mm 的取壓孔，在孔下面通過(guò) 5×1 的螺紋與微型擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器相連接，使壓力傳感器直接感受流體作用在圓柱壁面的壓力。實(shí)驗(yàn)需要在不同的工況下測(cè)量圓柱表面周向不同位置的脈動(dòng)壓力，為此可以設(shè)計(jì)一個(gè)可 360 度旋轉(zhuǎn)的壓力測(cè)量裝置。并設(shè)計(jì)了一個(gè)填料、壓蓋密封裝置，解決了高壓液體通過(guò)旋轉(zhuǎn)柱體間隙泄露的問(wèn)題。將整個(gè)測(cè)試圓柱安裝試驗(yàn)段上，并使之可以繞自身軸線(xiàn)在 0360º 的范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，這樣只使用一個(gè)壓

3、力傳感器就可以測(cè)出圓柱體周向各點(diǎn)的壓力，使測(cè)量更加方便，提高了實(shí)驗(yàn)效率。旋渦脫落頻率測(cè)量方法有電容檢測(cè)法、熱敏檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、電磁檢測(cè)法、應(yīng)力檢測(cè)法等。以上檢測(cè)方法常被應(yīng)用于渦街流量計(jì)中旋渦發(fā)生體產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦檢測(cè)，其旋渦發(fā)生體一般采用三角柱體、梯形柱體和矩形柱體，以上三種形狀旋渦發(fā)生體的旋渦強(qiáng)烈且穩(wěn)定。 本實(shí)驗(yàn)柱體為圓柱體，發(fā)生旋渦脫落的強(qiáng)度較弱，不易形成穩(wěn)定的旋渦。當(dāng)流體橫向沖刷柱體后發(fā)生旋渦脫落時(shí)，由于旋渦在柱體兩側(cè)交替脫落。根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，有旋渦產(chǎn)生的地方必有壓力的變化，交替產(chǎn)生的旋渦必然會(huì)導(dǎo)致流場(chǎng)中某確定的兩點(diǎn)間的壓差出現(xiàn)規(guī)則的變化，其變化的頻率與旋渦的頻率一一對(duì)應(yīng)。

4、本實(shí)驗(yàn)采用管壁壓差法，取壓方式的選取采用管壁兩側(cè)取壓方式，管壁差壓孔選取在距旋渦發(fā)生體迎流面較近位置較好，但對(duì)于圓柱渦街發(fā)生體而言，迎流面相當(dāng)于直徑方向的豎直截面，所以取壓點(diǎn)選取在圓柱體的中間，如圖所示。由于流體經(jīng)過(guò)旋渦發(fā)生體后產(chǎn)生的兩列旋渦在管道軸線(xiàn)與發(fā)生體軸線(xiàn)構(gòu)成平面的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)上振動(dòng)的強(qiáng)度和頻率相同，而相位相差 180°，因此采用兩側(cè)取壓方式組成差動(dòng)結(jié)構(gòu)。這樣差壓幅值是單側(cè)取壓的 2 倍，便于檢測(cè)。圓柱表面脈動(dòng)壓力和旋渦脫落引起的壓差波動(dòng)信號(hào)均為繞流的動(dòng)態(tài)特性，為此建立了一套動(dòng)態(tài)流動(dòng)參數(shù)的采集與分析系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)信號(hào)采用 INV306U 大容量信號(hào)采集與分析儀進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)所用采樣頻率

5、為 256Hz，每個(gè)工況采樣時(shí)間為 30s。對(duì)所采集到的不同流動(dòng)條件下壓力、差壓等動(dòng)態(tài)信號(hào)，采用時(shí)域分析和頻域分析方法處理。在測(cè)量過(guò)程中，誤差產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面：儀器誤差、人員誤差、環(huán)境誤差和方法誤差。人員誤差指實(shí)驗(yàn)人員在讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的誤差。本實(shí)驗(yàn)的所有參數(shù)均采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)采集，因此人員誤差影響很小。環(huán)境誤差是指由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境溫度、壓力及濕度變化所帶來(lái)的誤差。方法誤差是指由于測(cè)量原理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法和近似而引起的誤差。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，以上誤差或多或少都會(huì)出現(xiàn)，都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，但是跟據(jù)其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響而言，人員誤差、環(huán)境誤差和方法誤差對(duì)結(jié)果的影響較小，因此主要的誤差產(chǎn)生在儀器誤差上。儀器誤差主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器設(shè)備的機(jī)構(gòu)誤差、調(diào)整誤差和量程誤差。下表列出本實(shí)驗(yàn)中所采用的主要儀器設(shè)備的精度。流體壓力測(cè)量：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中所有的壓力均采用 ROSEMOUNT 3051S 壓力變送器測(cè)量，壓力變送器的精度等級(jí)為 0.04 級(jí)，量程為 0.2Mpa。溫度測(cè)量：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中所有溫度采用 ROSEMOUNT 3144P 溫度變送器測(cè)量，精度等級(jí)為 0.04%，量程為 300。柱體表面壓力采用擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量，該傳感器標(biāo)定量程為 050kPa，靜態(tài)標(biāo)定時(shí)的最大相對(duì)誤差為 4.8%。根據(jù)公式 ， 和 得到各參數(shù)。（Q為體積流量，