应用于喷水推进器的流量传感器数值仿真.pdf

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1、24传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第8期应用于喷水推进器的流量传感器数值仿真陈瑶(哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：针对于推进器出口的流量为10m。／h数量级的小型喷水推进器，采用了能够测量小流量的切向式涡轮流量传感器测量推进器的流量。在对传感器详细分析的基础上，应用流体力学软件对其进行了数值仿真，并将仿真结果和实验结果比较，仪表系数相对误差最大值为5．70％，结果表明：提出的模型能反映传感器内部流体的流动状态，为应用于小流量喷水推进器的分

2、析提供可靠的仿真模型。关键词：喷水推进器；流量传感器；仿真中图分类号：TH814文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)08--0024--03NumericalsimulationonflowsensorappliedtowaterjetpropulsorCHENYao(SchoolofAutomation，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Accordingtotheexitflow10m／hsizesmallwaterjetpropulsion

3、system，thispaperadoptsthenleasnrementfortangentialturbineflowsensorformeasuringtheflowofthepropeller．Basedondetailedanalysisofthesensor，thenumericalsimulationappliedofCFDsoftware．Comparisonthesimulationresultswithexperimentalresults，themaximumrelativeerrorofmeterfactoris5．

4、70％，theresultsshowthatthemodelcanaccuratelyanalysisthesensorfluidflowstate，appliedtothesmallwaterjetpropulsornumericalanalysissimulation．Keywords：waterjetpropulsor；flowsensor；simulation0引言对叶轮的冲力，可以调整孔径来适应小流量的检测。喷水推进器是船用推进系统的一个新型装置，尽管其成熟的产品问世不长时间，但它在高速船领域已很大程度上取代了传统的螺旋桨。喷水推

5、进是一种特殊的船舶推进方式，与其他推进器的不同之处在于：推力不是直接由推进器的旋转叶片产生，而是利用推进泵造成进出口水流的动量差来获得推动船舶前进的动力。喷水推进具有阻力小、防护性能好、噪音低、传动机构简单、适应工况条件能力强、船舶操纵性能好的特点，是常规螺旋桨不可比的。在研究喷水推进器时，喷水推进器的性能与流经推进器的流体流量有关，本文涉及的喷水推进器是一种小型的图1切向式涡轮流量传感器喷水推进器，推进器出口的流量为10m。／h数量级。一般Fig1Tangentialtypeturbineflowsensor的流量传感器不能达到这种量程，

6、本文提出使用能够测量在环形室中垂直于流体方向装有涡轮，它是传感器的小流量的切向式涡轮流量传感器测量喷水推进器出口的流检测元件。由于涡轮的叶片与液流的相互作用力，流体中量，并对其进行了详细的分析和数值仿真。的能量被传送到涡轮，从而使涡轮叶片开始转动，其角速度1工作原理与液体的流速呈正比。利用电磁感应原理将涡轮的角速度切向式涡轮流量传感器如图l所示，流体由叶轮的转换成交流电信号，其频率与涡轮叶片的角速度呈正比，因切向流过，冲击其叶片旋转。由于被测流量小，为加大流体而也与被测流量呈正比。收稿日期：2012-01-04第8期陈瑶：应用于喷水推进器的

7、流量传感器数值仿真1．1涡轮叶片力矩2．6mm的传感器。涡轮叶片的驱动力矩与叶轮几何参数和流量之间的2．1网格化关系用动量力矩方程。。表示为提高精度，采用大于40万个网格。进出V1部分段相T=pQ(UoutrCOSOL1一。tlrCOSOL2)，(1)对少，内部网格多，用来提高计算精度。=2．2软件参数的设定署，(2)因为采用滑移网格模型分析传感器最接近于实际，这口。_】【lCOSd=2盯r0n，(3)里采用这种模型分析传感器。FeOSl=ro，(4)表1表示流量点的入口条件，出口与传统的出流边界式中P为流体密度；Q为流体体积流量；r为涡轮

8、叶片半条件相同。径；为喷嘴出口流体平均速度；为传感器出口流体平流体介质为密度为998．2kg／m，黏度为1．0048X均速度；为~)out与半径r处的圆周速度之间的夹角；为10m