量程范围等方面。英国公司成功研制出型和型智能水表，首先在欧洲得到应用，被用作电子水表来测量家庭住宅的水流量，该产品测量准确，不受管网中砂粒或空气的影响。而同时，射流流量计的些测量优势也被运用在煤气的测量方面，主要用于家用煤气表，可以解决在断电时如何保证煤气的使用和计量问题。英国的煤气公司创新的将射流流量计与节流装置组合使用在低压输气管道中，设计出了文丘里分流式射流流量计，取得了很好的市场销售。首先在煤气管道上安装文丘里管节流装置，然后在文丘里管入口段和喉部引出分流通道，分别接到射流流量计的入口和出口。这样射流流量计就替代了微差压传感器，既能实现测量目标，消除温漂和零漂，又能降低成本。而日本的几家燃气公司也相互合作，在开发研制用于燃气表和水表的射流流量产品。万方数据中国计量学院硕士学位论文目前，国内有关射流流量计的产品还不多见，有相关企业与美国公司合作，引进了系列产品。另宁波水表股份有限公司生产有两种射流产品种是射流热量表，用来测量流经热交换系统所释放或吸收的热量，对计量水质没有严格要求，且对不同水质环境有较好的适应性，尤其适合用在热水管道。包含两款产品和分别对应两种管道口径和，测量精度达级，稳定性好另种是射流流量表，用作测量水表，记录流经水表的总水流量，分为冷水和热水表两种，如图所示，在计量的过程中会主动忽略掺杂在水中的空气等气体或杂质的影响，也不受沙粒和其他微小颗粒的影响，计量性能好，也分别对应两种管道口径和，测量精度级。而射流流量计在其他方面的用途也很多，比如，有的公司研究将射流流量计安装在汽车发动机上，用作发动机进气流量的测量在医疗领域，可用于麻醉气体输氧量人工肺等的流量测量在消费类产品中，有的使用在自动控制温度和水流量的热水器中有的使用在燃烧应用中冷热混合流体的测量以及应用在易产生传感器结垢的场合等。图国内生产的射流产品射流流量计的特点射流流量计属于流体振动式流量计的种，因此它有与涡街流量计旋进旋涡流量计两种振动式流量计共同的特点，流量计本身不存在机械可动部件，使用中不会造成机械磨损，有较强的抗干扰能力，使用寿命长万方数据中国计量学院硕士学位论文都是基于流体的自激振荡产生信号通过检测与流体流量成正比的振荡频率信号来获得流量值几乎不受流体组成密度粘度压力等因素的影响流量计量程比大，测量范围宽数字信号输出，易于处理，稳定可靠响应速度快与节流流量计相比压力损失小。除了上述特点外，射流流量计还有独有的特点，保障了射流流量计的测量应用优势。主要包括，可以在高温低温辐射等恶劣条件下工作，可适用于高粘度流体可以在低流速，低雷诺数下正常工作，适合微流量的测量结构尺寸可以进步缩小，适应性强对较低的气体流速也敏感反馈信号易于测量和转换可采用多种材料进行加工，成本低。射流流量计的局限性尽管射流流量计有以上诸多优点，但它自身也存在些局限性，正是这些局限性限制了射流流量计在工业计量中的广泛应用。射流流量计内部流道结构设计通常较复杂，流体与壳体内壁的碰撞流体之间的碰撞流动通道内侧分离区产生的旋涡等均会损耗部分的能量加上流体振动本身会引起较大的能量损失，所以流量较大时会产生较大的压损。射流流量计的设计原理要求所设计的振荡腔既要能够使射流附壁稳定，又要能够使射流切换灵敏且斯特劳哈数数恒定。但附壁稳定性与射流切换灵敏是存在矛盾的，因此对射流流量计的结构设计要求很高，尽量能使射流附壁稳定和射流切换灵敏二者保持平衡。射流流量计可在低雷诺数下工作，但实际情况是，低雷诺数下，流体是层流状态，流体的附壁效应现象很微弱，会致使流量仪表的线性度变差，也会是流体振荡强度减弱，给信号的采集增加了难度。射流流量计由于内部流体流动的非定常性以及附壁的随意性，很难建立精确的数学模型，也不能定量的确定结构形式和尺寸参数与流量计性能之间的关系，往往只能依靠些经验数据和主观推测进行设计，另外也没有建立起针对特定流量计的评判反馈体系，这些给射流流量计的结构设计性能预测以及万方数据中国计量学院硕士学位论文性能优化带来定的困难，直接影响了射流流量计的快速发展。理论上射流流量计可以测量低流速微流量，但现有的射流流量计往往达不到其理论计量下限，减弱了在微小流量测量方面的优势。当雷诺数较小时，粘性力相对惯性力的增强，会使振荡减弱另外由于涡流扩散引起速度场减弱以及外界环境干扰导致射流附壁和交替振荡难度增加，限制了流量计的量程范围。微尺度流动研究随着材料科学和微加工技术的发展，科学研究的重点已经逐渐转移到影响宏观现象的微观现象，研究人员凭借各种微技术来研究微观尺度下的自然现象。而微尺度下的流体流动问题也成为了微系统研究的主要问题。微尺度流动般也遵循流体力学基本理论，但又区别于宏观流动，出现了许多新的流动现象，这就需要我们科学分析，深入研究微流动现象。微尺度的界定有关微尺度的界定，在学术界还没有统的认识，般将大于的尺度称为宏观尺度，小于的尺度称为微观尺度，而在中，研究对象的特征尺度都小于。目前，微尺度流动的研究主要在微通道中进行，研究者们通常是以通道水力学直径的大小作为划分微尺度通道的标准，即式中为通道横截面面积，为湿周。现在，般采用和关于微通道的划分标准，如表所示，可以基本界定出微尺度的范围，认为范围内的尺度为微尺度，其中的范围为小尺度。表两种经典的微通道划分方式通道类型微通道小通道细通道常规通道万方数据中国计量学院硕士学位论文微尺度流动特性微尺度流动的研究最早是在年，由提出的微观连续介质假设的理论开始的，这也使连续性假设的适用性成为微流动研究初期最为关注的理论问题之。研究人员有关流体质量守恒动量守恒和能量守恒方程组的确立，都是建立在这个最基本的假设连续介质假设基础之上的，即假设物质连续地无间隙地分布于物质所占有的整个空间，流体宏观物理量是空间点及时间的连续函数。到世纪年代开始出现研究微尺度流动的芯片或器件，与进行了微尺度流道的制冷方面的研究，实现了快速的芯片制冷，成为第批实用的微流体器件。与此同时，工作组在微流控芯片的基础之上研究气相色谱系统，使用气阀控制待分析混合气体的引入及利用薄膜式热传导传感器进行流量测量，使其成为了较早的器件之。年代，地球物理学家将微制造技术用于模拟多孔介质流动，其中等采用流道组成的格子网络格子，总体积，共计个格子进行实验，研究压力驱动下非侵润流体油如何推动侵润流体气体。借助微流道网格的可视化，测得了被油侵润部分的几何面积，从而验证了理论预测的分形现象。在此之后，研究者从不同方面对微流体流动的流动特性进行了深入研究，尤其是基因工程技术的迅速发展，大大促进了对其他涉及微系统微技术中微流动的学科的研究。般意义上，依据气体动力学观点，将无量纲数克努森数作为判断连续介质假设成立与否的根据。它的定义是分子平均自由程与定性的特征尺寸之比，即当的值远小于时，连续介质假设成立。而另方面，依据数的定义公式考虑，只要微器件微通道的尺寸比分子平均自由程高个数量级，就可保证的值远小于。在标准状态下的空气分子平均自由程为，对于微米级的微器件微通道来说，连续介质假设是完全成立的。但是，液体分子间的结构除了尚未揭示的之外，就目前的分子间距来说，比气体的分子平均自由程要小得多分子间距在量级，能够保证数远小于，而且宏观流动的尺度远远大于液体分子或者液体微团的尺度，流体分子间距或分子特性并未显现出来，连续性假设完全适用，无滑移条件也可适用，方程可以成立。万方数据硕士学位论文微小尺度射流流量传感器的数值仿真与实验研究作者于君坦导师谢代梁教授学科测试计量技术及仪器中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文微小尺度射流流量传感器的数值仿真与实验研究作者于君坦导师谢代梁教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业测试计量技术及仪器研究方向流量计量测试二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢首先要诚挚的感谢我的导师谢代梁教授。本研究和学位论文是在谢老师的亲切关怀和认真指导下完成的。从课题的选择项目研究的逐步开展科研论文的发表到项目的最终完成，谢老师都给予我非常认真的指导和鼎力支持。无论是严谨治学刻苦攻关的学术精神，还是踏实稳重精益求精的工作作风无论是孜孜不倦授人与渔的树人情怀，还是乐观豁达积极进取的生活风范，谢老师他都以身传教，为我树立了良好的榜样，使我终生受益，在此谨向谢老师致以最诚挚的谢意和最崇高的敬意。还要感谢导师组的刘铁军老师徐志鹏老师梁晓瑜老师对我科研工作的指导和帮助，以及对我生活和工作上的关心和照顾，他们不求回报的育人情怀让我由衷感激。感谢计量测试工程学院的诸位老师，谢谢他们的无私帮助和悉心教导，尤其要谢谢张凯老师包福兵老师以及王昊利老师，他们在科研工作上给予我很大的帮助和巨大启发，谨在此并表示衷心的感谢。感谢程宁朱跃刘世刚叶肖锋屠佳佳梁佳娜等师兄师姐对我的悉心指导和帮助，他们的帮助使我在科研的道路上避免了很多弯路，也使论文能够保质保量按时完成。同时感谢我的同门常向月朱文君钱浩瀚以及舍友王鹏伟田鹏飞，还有我的朋友刘丁发刘富海宫通胜刘洁樊奇邓博李希明麻程健等级全体研究生同学，谢谢他们路陪伴，朝夕相处，给予我关心帮助和鼓励，同窗之谊，永生难忘。也要感谢戚姗姗杨玉杰许鹏戴佳音张光明李志嘉丁芬芬陈盼盼洪育仙等师弟师妹对我学习和工作上的大力支持和帮助，祝他们学业有成生活愉快。最