暗流和漩涡的压强分布简化物理模型研究

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1、型2：塑ScienceandTechnologyInnovationHerald工业技术暗流和漩涡的压强分布简化物理模型研究黄楚迪王奔卢志健韦志强(中山大学物理科学与工程技术学院510275)摘要：在现代工业水域研究中，旋涡和暗流的研究有着极其重要的地位。为了简便测量出暗流和漩涡的存在以及其影响，该文从物理角度建立暗流与旋涡流域简化压强模型，使通过压强变化检测暗流与旋涡得以实现。并通过实际试验验证简化压强模型的可行性。关键词：旋涡暗流物理模型中图分类号：TD311文献标识码：A文章编号：1674—098X(2013)08(c)一0067—01暗流和漩涡模型的

2、研究对于实际水域单晶硅压力传感器用单晶硅材料作为2暗流模型设计研究以及工业中机械建设有着极其重要的基体，按照特定晶向做成应变电阻层，单晶2．1相对平衡状态下等角速转动漩涡模型作用。实际中漩涡的存在和形成会对周边人硅材料具有相同高的纵向和横向灵敏度因使用一个绕轴线转动的圆柱体容器为群以及水中建设存在一定危险以及破坏作子，有利于设计优良的压阻电桥～保证传感例，如图l所示，圆柱体容器中盛有某种液用，而暗流由于其不易观察，危险性更大。本器有最大的输出。然在其适当位置用集成电体，容器静止时，容器中的自由表面为一个文通过建立简化的漩涡与暗流的压强模型，路工艺形成四个等值

3、应变电阻，组成惠斯通水平面。将容器放置在电动装置上，使容器给出使用简单测量仪器检测暗流的方法，以电桥，对电桥施加一个恒定电压(电流)，当从静止开始以一定速度旋转。自由表面将渐此判断暗流位置，减少实际上的损失。有压力(差压)作用到弹性元件时，使输出与渐形成一个漩涡，随着时间的推移，漩涡大该文将从两个方面来简述我们的模型，对应于所加压力成比例的电压信号。小增大，当转速稳定后，涡的大小和形状也其中，1．1将简单介绍实验中所使用的检测1．2实验测量电路相对稳定，此时液体可看做是一个处于平装置，从原理和实际测定的精度来讲述我们压力传感器接24V直流电源，受到的衡状态的

4、整体运动。下面将分析相对平衡检测装置的性能、用法、安装方式等各项内压强变换引起电阻变化，经电路转换为电压状态下的流体平衡规律。容。第二部分则会讲述暗流模型的建立，将变化，在显示仪器(电压表或者电脑自动采如图1，建立非惯性系，坐标系的原点位从漩涡模型的建立发展到暗流模型的建立，集电压数据软件等)上显示出来。于涡的最低点，可以得到：简述两个模型的建立方法以及与实际测试1．3实验定标压强和电压的关系=09rCOS=∞的对比，论证暗流和漩涡模型的可行性。根据单晶硅压力传感器的设计方案，=∞。rsina=COY我们猜想电压和压强两者是正相关的。实1实验检测装置介绍验中

5、我们使用标定有刻度的容器，把传感器／：=一g1．1传感器结构特点分别垂直放置在这些高度，读取万用表的代入压强微分方程式：在压力传感器家族中，单晶硅压力传感示数。通过理论计算得出该高度上的压强dp=p{xdx七{dy{dz、)器有着重要的地位。它的压阻系数要明显的值，从而得出了压强和电压的定标曲线，在=p(∞+∞一g)高于多晶硅，因此单晶硅电阻膜的灵敏度要origin中用线性拟合后，得到线性拟合结果两边积分，可得远大于多晶硅电阻膜。⋯实验中使用单晶硅为P=-0．12583+2．0l35}U(kPa)，线性相压力传感器，具有精度高，反应快，方便使关系数R=0．9

6、9964，约为1，存在明显线性P：=p(L—■一+十半—_一一gz)J+L。用和携带等优点，在实际测量中十分符合关系。或检洌4的要求。可见大约是一个过零点，斜率为2的正J一比例关系。p：P(0—-一gz)+C，1．4实验精度在实际测量中，测量仪器使用的万用表根据边界条件，当Ir=O，z=OI时，的200mV的档位下，万用表精度0．000l，P=Po，于是得r根据压强与电压相关的转化曲线，换算后p-得到传感器可以精确到2Pa的压强。孚)上式即为作等角速转动的相对平衡流■y体的静压强分布规律公式，由上式我们可以计算出在涡的任意位置静压强的大小，并可得出等压面以及

7、静压强与深度，转动速度的相对关系式。2．2实际等角速转动实验设计实验中，采用小型转叶风扇作为转动装置，上面固定圆柱形容器。将液体压强传感器固定，使其稳定在确定的高度和位置，测、．出静止液面时电压表示数，开动转叶风扇，观察并测量电压表示数变化，在示数稳定一／一后记下电压表示数值。实际测量的实验中，初始静止值为0．0l41V，根据2．3中定标方程，折合为0．282kPa。图2暗流简化模型(下转70页)科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald67垫Q：丝8cienceandTechnologyInnovationHera

8、ld工业技术漂白结束，珍珠的整体表面并没有发生大的上