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多微通道式气体静压节流器流场参数测试技术的研究

作　者: 张玉冰
导　师: 徐鸿; 郭天太; 李东升
学　校:
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 气体静压节流器流场参数测试压力分布测试温度分布测试
分类号: TH138
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

多微通道式气体静压节流器是一种大载荷高刚度的止推式气体静压节流器。为探索气微流场内部热工参数的分布情况，为节流器的参数改进及优化提供理论基础，本文研制了一台应用于多微通道式气体静压节流器的气膜流场参数测量装置，并对气膜流场内部的参数分布情况进行了仿真和实验。主要研究工作如下：（一）研制了一台微流场热工参数测试实验装置，该装置可实现对气膜内部的温度、压力情况的扫描式连续测量，主要应用于多微通道式气体静压节流器，同时也适用于市场上的其他止推型节流器。另外，设计了相应的信号调理转换电路，编写了专用的测量软件，使得测量数据可储存，图像实时可视化。（二）对不同气膜厚度和不同供气压力下的气膜内部压力和温度场分布情况进行了Fluent仿真。仿真结果表明，节流器气膜内压力分布由中间向四周呈放射式逐渐减小。节流器工作面上温度呈对称分布，中心区域温度较高，边缘温度较低，供气压力和气膜厚度的增大都会导致温度大幅下降。（三）在不同的供气压力和不同气膜厚度下下，对气膜流场内部压力分布温度分布和气源温度进行了测量实验。实验表明，气膜内的压力由中心孔至楔形槽尾端逐渐降低，并且会随供气压力的增大而增大，特定区域随气膜厚度的增加而逐渐减小，与仿真趋势相符合。气膜内的温度呈现由中心孔向边缘处逐渐下降趋势，随着供气压力增加和气膜厚度的增加，整体温度逐渐下降。气源温度也随供气压力和气膜厚度的增加而增加。本文的研究可以为多微通道式气体静压节流器压力阻抗模型的建立和节流过程中热效应的研究提供一定的理论支持；并对节流过程中产生的焦耳-汤姆逊效应进行了实验验证。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目次  9-11
图和附表清单  11-16
1 绪论  16-25
  1.1 课题研究背景、目的及意义  16-17
  1.2 气体静压节流器的国内外研究现状  17-23
    1.2.1 气体静压节流器  17-18
    1.2.2 气体静压节流器的国内外研究现状分析  18-19
    1.2.3 气体静压节流器微流场参数测试技术的国内外研究现状  19-23
  1.3 本文主要研究内容  23-25
2 研究方案分析  25-31
  2.1 气膜流场参数测试装置的分析  25-27
  2.2 气膜流场参数的FLUENT仿真  27-28
  2.3 实验内容设计  28-31
3 多微通道式气体静压节流器流场参数测试装置的研究  31-46
  3.1 机械结构设计  31-36
    3.1.1 测量机构的工作原理  31-33
    3.1.2 各零部件的设计和安装  33-36
  3.2 硬件电路及软件程序  36-40
    3.2.1 信号转换电路设计  36-38
    3.2.2 信号采集界面设计  38-40
  3.3 实验仪器与实验对象  40-44
  3.4 本章小结  44-46
4 多微通道式气体静压节流器流场参数的仿真  46-61
  4.1 多微通道式气体静压节流器PRO/E建模  46-49
    4.1.1 多微通道式气体静压节流器塞体建模  47
    4.1.2 多微通道式气体静压节流器主体建模  47-49
  4.2 多微通道式气体静压节流器气膜流场的FLUENT仿真  49-54
    4.2.1 内部气体模型的建立和网格划分  49-51
    4.2.2 边界条件的设定和求解计算  51-54
  4.3 仿真结果的分析  54-60
    4.3.1 压力分布结果及分析  54-58
    4.3.2 温度分布结果及分析  58-60
  4.4 本章小结  60-61
5 多微通道式节流器气膜流场参数测试实验及分析  61-85
  5.1 节流器气膜流场压力分布测量实验  62-69
    5.1.1 多微通道式气体静压节流器流场内部压力分布与供气压力的关系实验  62-66
    5.1.2 多微通道式气体静压节流器流场内部压力分布与气膜厚度的关系实验  66-69
  5.2 节流器气膜流场温度分布测量实验  69-75
    5.2.1 多微通道式气体静压节流器流场内部温度分布与供气压力的关系实验  69-72
    5.2.2 多微通道式气体静压节流器流场内部温度分布与气膜厚度的关系实验  72-75
  5.3 双U型止推节流器流场参数测试实验  75-79
    5.3.1 双U型止推节流器流场内部压力分布测试实验  75-77
    5.3.2 双U型止推节流器流场内部温度分布测试实验  77-79
  5.4 供气压力和气膜厚度变化对气源温度的影响实验  79-81
  5.5 误差来源  81-83
  5.6 本章小结  83-85
6 总结与展望  85-88
  6.1 全文总结  85-87
  6.2 本论文创新点  87
  6.3 需要进一步解决的问题  87-88
参考文献  88-92
附录A：多微通道式气体静压节流器压力分布图  92-95
附录B：多微通道式气体静压节流器温度分布图  95-97
附录C：多微通道式气体静压节流器压强温度仿真值  97-99
附录D 多微通道式气体静压节流器压力测量实验数据  99-101
附录E 多微通道式气体静压节流器温度测量实验数据  101-103
附录F 针对多微通道式气体静压节流器的气源温度测量实验数据  103-104
作者简介  104-105

多微通道式气体静压节流器流场参数测试技术的研究

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