现代流动测试技术第三次作业.docx

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1、_近无限长圆柱（圆柱长度与直径之比大于10）绕流实验研究实验系统：闭式循环供水回路主要是由水箱、水泵、旁路系统、调节阀门及连接管道组成的。供水系统中使用的水泵是型号为 2BA-9 的离心式水泵，额定扬程为 28.5m，额定流量为 15m3/h。水经水泵从水箱中抽出，一部分经旁路及阀门流回水箱实现水回路流量粗调节，另一部分经电磁流量计和调节阀门进入试验段。调节阀门的主要作用是用来精细调节水流量。单圆柱绕流试验段结构简图：在单圆柱绕流实验中，需要测量直径 35mm 的圆柱表面脉动压力，因此要求采用的压力传感器要有较好的动态响应特性，以满足动态压力测量的要求。本实验所采用的扩散硅压阻式压力传感器为按

2、实验要求定制的 NS-2 微型压力传感器，量程为 050kPa，输入电压为 DC 5V。如图所示，在测试圆柱正中，沿径向开一个深为 2mm、直径为 1mm 的取压孔，在孔下面通过 51 的螺纹与微型扩散硅压阻式压力传感器相连接，使压力传感器直接感受流体作用在圆柱壁面的压力。实验需要在不同的工况下测量圆柱表面周向不同位置的脉动压力，为此可以设计一个可 360 度旋转的压力测量装置。并设计了一个填料、压盖密封装置，解决了高压液体通过旋转柱体间隙泄露的问题。将整个测试圆柱安装试验段上，并使之可以绕自身轴线在 0360 的范围内自由旋转，这样只使用一个压力传感器就可以测出圆柱体周向各点的压力，使测量更

3、加方便，提高了实验效率。旋涡脱落频率测量方法有电容检测法、热敏检测法、超声波检测法、电磁检测法、应力检测法等。以上检测方法常被应用于涡街流量计中旋涡发生体产生有规则的旋涡检测，其旋涡发生体一般采用三角柱体、梯形柱体和矩形柱体，以上三种形状旋涡发生体的旋涡强烈且稳定。 本实验柱体为圆柱体，发生旋涡脱落的强度较弱，不易形成稳定的旋涡。当流体横向冲刷柱体后发生旋涡脱落时，由于旋涡在柱体两侧交替脱落。根据流体力学的基本原理，有旋涡产生的地方必有压力的变化，交替产生的旋涡必然会导致流场中某确定的两点间的压差出现规则的变化，其变化的频率与旋涡的频率一一对应。本实验采用管壁压差法，取压方式的选取采用管壁两侧

4、取压方式，管壁差压孔选取在距旋涡发生体迎流面较近位置较好，但对于圆柱涡街发生体而言，迎流面相当于直径方向的竖直截面，所以取压点选取在圆柱体的中间，如图所示。由于流体经过旋涡发生体后产生的两列旋涡在管道轴线与发生体轴线构成平面的对称点上振动的强度和频率相同，而相位相差 180，因此采用两侧取压方式组成差动结构。这样差压幅值是单侧取压的 2 倍，便于检测。圆柱表面脉动压力和旋涡脱落引起的压差波动信号均为绕流的动态特性，为此建立了一套动态流动参数的采集与分析系统。动态信号采用 INV306U 大容量信号采集与分析仪进行测量。实验所用采样频率为 256Hz，每个工况采样时间为 30s。对所采集到的不同

5、流动条件下压力、差压等动态信号，采用时域分析和频域分析方法处理。在测量过程中，误差产生的原因主要有以下几个方面：仪器误差、人员误差、环境误差和方法误差。人员误差指实验人员在读取实验数据时产生的误差。本实验的所有参数均采用数据采集系统由计算机采集，因此人员误差影响很小。环境误差是指由于实验过程中环境温度、压力及湿度变化所带来的误差。方法误差是指由于测量原理、实验数据处理方法和近似而引起的误差。在实验过程中，以上误差或多或少都会出现，都会对实验结果产生影响，但是跟据其对实验结果的影响而言，人员误差、环境误差和方法误差对结果的影响较小，因此主要的误差产生在仪器误差上。仪器误差主要表现在实验测试仪器设

6、备的机构误差、调整误差和量程误差。下表列出本实验中所采用的主要仪器设备的精度。流体压力测量：实验系统中所有的压力均采用 ROSEMOUNT 3051S 压力变送器测量，压力变送器的精度等级为 0.04 级，量程为 0.2Mpa。温度测量：实验系统中所有温度采用 ROSEMOUNT 3144P 温度变送器测量，精度等级为 0.04%，量程为 300。柱体表面压力采用扩散硅压阻式压力传感器测量，该传感器标定量程为 050kPa，静态标定时的最大相对误差为 4.8%。根据公式 ， 和 得到各参数。（Q为体积流量，A为管道流通面积，w为迎流面宽度，f为涡街脱离频率）。因此可以根据测量参数计算得到 和 ，进而研究 对旋涡脱落频率和 的影响，并研究它们对圆柱表面时均压力，脉动压力的影响。4_