多孔孔闆(pan)流量計 是(shi)一種節流(liu)式流量計(ji)，在圓形闆(pan)片上布置(zhi)多個介質(zhi)流通孔．對(dui)按照特定(ding)方式設計(ji)的多孔孔(kong)闆局部壓(ya)力❤️損失系(xi)數ξ和節流(liu)特性的主(zhu)效應因素(su)進行分析(xi)，拟合出局(ju)部壓力損(sun)失系數ξ與(yu)等效直徑(jing)比β之間的(de)關系式，并(bing)且得出等(deng)效直徑比(bi)β是影響🛀多(duo)孔孔闆🏃‍♀️節(jie)流效應的(de)主效應因(yin)素．将A＋FlowTeK的多(duo)孔孔闆流(liu)量計同⚽傳(chuan)統節流裝(zhuang)置進行比(bi)較，得出多(duo)孔孔闆流(liu)量計具有(you)精度高、壓(ya)損小、需要(yao)前💃🏻後直管(guan)段短等優(you)點．利用👣孔(kong)分布、孔闆(pan)厚度以及(ji)擾動對多(duo)孔孔闆的(de)流出系數(shu)Cd的影響．
　　介(jie)質經過多(duo)孔節流件(jian)後形成多(duo)股受限型(xing)射流，由于(yu)📐多股射流(liu)之間的卷(juan)吸和摻混(hun)，增加了流(liu)場的複雜(za)性💁．Taylor在1949年提(ti)出了射流(liu)卷吸假說(shuo)，1986年Tumer對這個(ge)假說的發(fa)展進行了(le)詳細說明(ming)．系統地研(yan)究了射流(liu)入射間距(ju)對雙股射(she)流彙聚🏃🏻‍♂️區(qu)和聯合區(qu)流動結構(gou)的影響；利(li)用PIV技術在(zai)入射速度(du)不⛱️同的情(qing)況下對雙(shuang)股平行射(she)流的卷吸(xi)效應、湍流(liu)強度、速度(du)剖面以及(ji)雷諾應力(li)進行了研(yan)究．利用PLIF技(ji)術對平行(hang)雙股射流(liu)流場中的(de)混合區進(jin)行測量❓．長(zhang)期以來研(yan)究人員分(fen)别從理論(lun)分析、實驗(yan)測量和數(shu)值模拟方(fang)面對多股(gu)射流進行(hang)了大量的(de)工作💛，對流(liu)場中的一(yi)些流動特(te)性和流動(dong)機理取得(de)🤩了豐富的(de)成果．利用(yong)多股射流(liu)理論和實(shi)驗相結合(he)的方法對(dui)多孔孔闆(pan)計量精度(du)的影響⭐因(yin)素．
1結構與(yu)工作原理(li)
　　多孔孔闆(pan)流量計的(de)簡化結構(gou)如圖1所示(shi)，即在封閉(bi)的👅管道内(nei)同軸安裝(zhuang)多孔孔闆(pan)，來流方向(xiang)如圖1（a）中箭(jian)頭所示，采(cai)用壁面取(qu)壓方式．

不可壓(ya)縮流體的(de)體積流量(liang)計算公式(shi)爲

　　式中：qV爲(wei)體積流量(liang)，m3/s；Δp爲差壓，爲(wei)影響流出(chu)系數Cd的關(guan)鍵因素，Pa；Cd爲(wei)流出系數(shu)，無量綱，該(gai)參數是從(cong)實驗中獲(huo)得；ρ爲流體(ti)密度，kg/m3；β爲等(deng)效👅直徑比(bi)；ds爲節流孔(kong)的等效直(zhi)徑．
2影響計(ji)量精度的(de)因素分析(xi)
　　圖2爲管徑(jing)100,mm、β=0.6的多孔孔(kong)闆流量計(ji)在雷諾數(shu)爲52×10的條件(jian)下的内部(bu)流場的速(su)度矢量圖(tu)，在上下遊(you)取壓口處(chu)取截面Ⅰ和(he)💞Ⅱ，根據不可(ke)壓縮流體(ti)的伯努利(li)方程

　　式中(zhong)：p1和p2分别爲(wei)截面Ⅰ和Ⅱ處(chu)的靜壓力(li)；v1和v2分别爲(wei)截面Ⅰ和Ⅱ處(chu)的平均速(su)度；ξ爲局部(bu)壓損系數(shu)；表示截面(mian)Ⅰ和Ⅱ處的動(dong)能變化量(liang)；表示内能(neng)損失，與多(duo)孔孔闆結(jie)構相關．根(gen)據動能
第(di)2表達式得(de)

式中：ω爲渦(wo)量；v爲速度(du)矢量；r爲觀(guan)測點與旋(xuan)轉中心之(zhi)間🌍的矢徑(jing)．
　　各流量點(dian)下流出系(xi)數Cd的線性(xing)度是衡量(liang)多孔孔闆(pan)計🏃🏻‍♂️量精👌度(du)的評價指(zhi)标，由式(2)、式(shi)(5)、式(6)可知，流(liu)出系數Cd主(zhu)要受渦量(liang)🧡影響😄．

　　介(jie)質經過多(duo)孔孔闆後(hou)形成多股(gu)受限型射(she)流，射流自(zi)㊙️孔✊口出射(she)😄後與周圍(wei)靜止流體(ti)間形成速(su)度不連續(xu)的間斷💋面(mian)，間斷面失(shi)穩而産生(sheng)漩渦．漩渦(wo)卷吸周圍(wei)流體進入(ru)到射流，同(tong)時不斷移(yi)動、變形、分(fen)裂産生紊(wen)動，其影響(xiang)逐漸向内(nei)外發展形(xing)成内外兩(liang)個自由紊(wen)動的剪切(qie)層．自由剪(jian)切層中的(de)漩渦💜通過(guo)分裂、變形(xing)、卷吸和合(he)并🍓等物理(li)過程，除了(le)形成大量(liang)的随機運(yun)動小尺度(du)紊動☀️渦體(ti)外，還存在(zai)一部分有(you)序的大尺(chi)度渦結構(gou)．大尺度🔞渦(wo)的拟序結(jie)構由♋縱向(xiang)渦和展向(xiang)渦組成，其(qi)中展向渦(wo)結構對剪(jian)切層的發(fa)展控制起(qi)主要作用(yong)，對紊流的(de)産生、能量(liang)的傳遞、動(dong)量輸運和(he)紊動摻混(hun)👄等産生直(zhi)接影響[11-27]，因(yin)此，大尺度(du)的展向渦(wo)結構是影(ying)響多孔孔(kong)闆流量計(ji)計量性能(neng)的關鍵因(yin)素．
　　大尺度(du)渦對周圍(wei)流體有強(qiang)烈的卷吸(xi)作用，使周(zhou)圍❌流體随(sui)㊙️射流而運(yun)動，增加了(le)射流的總(zong)質量．卷吸(xi)量是反映(ying)射流卷吸(xi)作用強🔞弱(ruo)的标準，其(qi)大小與剪(jian)切👌層中大(da)尺度渦的(de)發展演化(hua)過程及強(qiang)度相關．在(zai)管壁的約(yue)束下，介質(zhi)進入多孔(kong)孔闆後形(xing)成的射流(liu)隻能卷吸(xi)有限的環(huan)境流體🔆．在(zai)靜壓差的(de)影響下，射(she)流📱間以及(ji)射流💰與壁(bi)面之間産(chan)生回流，回(hui)流區的尺(chi)寸由流通(tong)孔之間的(de)間距決定(ding)．由連續性(xing)方程可知(zhi)，管道中任(ren)一與流向(xiang)垂直截面(mian)上的質量(liang)通量與管(guan)道入口處(chu)的💜質量通(tong)量相等，從(cong)而可以得(de)出漩渦的(de)卷吸流量(liang)與回流通(tong)🔞量相等的(de)結論．因此(ci)，利用回流(liu)通🌈量來表(biao)征漩渦卷(juan)吸作用的(de)👨‍❤️‍👨強度，從而(er)揭示漩渦(wo)的卷吸作(zuo)用對流量(liang)計計量精(jing)度的影響(xiang)規律．
3設計(ji)實驗
　　由于(yu)要利用回(hui)流通量來(lai)揭示大尺(chi)度渦對流(liu)量計計量(liang)🈲精🌍度的影(ying)響規律，因(yin)此需要獲(huo)取多孔孔(kong)闆流量計(ji)内部流場(chang)的真實信(xin)息．對不同(tong)形式樣機(ji)進行實驗(yan)與CFD仿真，利(li)用實驗結(jie)果及射流(liu)理論驗證(zheng)仿真精度(du)
實流實驗(yan)

　　該實驗是(shi)在天津大(da)學流量實(shi)驗室水流(liu)量裝置上(shang)完成的❄️，該(gai)裝置使用(yong)稱重法檢(jian)定，其不确(que)定度爲0.05%，流(liu)💃🏻量穩定性(xing)0.1%，流量㊙️範圍(wei)5～300,L/h．文獻[14]對實(shi)驗裝置進(jin)行了詳細(xi)說明，實驗(yan)裝置如圖(tu)3所💞示．爲了(le)保證獲取(qu)準确的差(cha)壓信号，在(zai)📱實驗過程(cheng)采用

3.2仿真(zhen)實驗
　　多孔(kong)孔闆流量(liang)計流場情(qing)況較爲複(fu)雜，這就要(yao)求湍流計(ji)📐算模⁉️型對(dui)含有大量(liang)漩渦及剪(jian)切層的流(liu)場具有較(jiao)🌈好的計算(suan)效果❗；多孔(kong)孔闆流量(liang)計采用壁(bi)面取🐕壓方(fang)式，該取壓(ya)方式要求(qiu)湍流計算(suan)模型對近(jin)壁區域有(you)較好的計(ji)算效果．選(xuan)擇SST(剪切應(ying)力傳輸)k-ω湍(tuan)流模型．該(gai)模型是由(you)Menter提出的雙(shuang)方程湍流(liu)模型，集成(cheng)了Standardk-ω模型與(yu)Standardk-ε模型的特(te)🏃點．不但在(zai)近壁區域(yu)及尾流有(you)很好的預(yu)測效果，而(er)且在高雷(lei)諾數流動(dong)區域和剪(jian)切層中💜有(you)較好的預(yu)測效🧑🏽‍🤝‍🧑🏻果[15-17]．文(wen)獻[18]對多孔(kong)孔闆的仿(pang)真計算進(jin)行了詳細(xi)描述．
　　爲了(le)能夠較爲(wei)全面地反(fan)映流場中(zhong)回流通量(liang)的分布規(gui)🐆律，在仿真(zhen)計算結果(guo)的後處理(li)中截取多(duo)個徑向截(jie)面，該截面(mian)位于多孔(kong)孔闆下遊(you)具有回流(liu)的區域中(zhong)，提👌取整個(ge)截面上的(de)軸向速度(du)．爲了求出(chu)各截面上(shang)的回㊙️流通(tong)量，利用delaunay三(san)角化函數(shu)将整個截(jie)面上💔坐标(biao)點重構成(cheng)三角形網(wang)格，計算每(mei)個網格的(de)面積及通(tong)過該網格(ge)的法向速(su)度，如圖5所(suo)示，其中圖(tu)5(a)的坐💋标爲(wei)管道🐆徑向(xiang)位置，單位(wei)爲m．
回流通(tong)量的計算(suan)公式爲
Qt=∑Aivi(7)
式(shi)中：iv表示與(yu)流向相反(fan)的速度；iA表(biao)示法向速(su)度與流✏️向(xiang)相反的單(dan)元格面積(ji)．
3.3仿真結果(guo)驗證
　　結合(he)多股射流(liu)理論及實(shi)流實驗對(dui)仿真結果(guo)進行💁定🏃‍♀️性(xing)💔和定♊量⭐驗(yan)證，從表1中(zhong)可以看出(chu)仿真計算(suan)結果與實(shi)‼️流實驗結(jie)果的相對(dui)⛷️誤差在5%以(yi)内，表中ε爲(wei)仿真流出(chu)系數CCFD與實(shi)💃🏻驗流出✂️系(xi)數CEXP的相對(dui)誤差，表達(da)式爲。圖6～圖(tu)8分别是樣(yang)機C速度雲(yun)圖、湍流強(qiang)度雲圖、渦(wo)量雲圖，從(cong)圖🌈中可以(yi)看出介質(zhi)經過多孔(kong)孔闆後形(xing)成多股受(shou)限型射流(liu)，射流🈚之間(jian)相互卷吸(xi)而産生會(hui)聚，最終合(he)成🔞一股射(she)流；射流之(zhi)間和射流(liu)與壁面之(zhi)間有回流(liu)産生；湍流(liu)強度最大(da)的位置在(zai)射流的剪(jian)切層中；在(zai)剪切層🛀中(zhong)産生大尺(chi)度展向渦(wo)．上述現象(xiang)與文獻[10]描(miao)述一緻．因(yin)此，仿真計(ji)算結果與(yu)真實流動(dong)狀況吻合(he)．


1160-13
4數據處理(li)
4.1實驗數據(ju)處理
　　 節流(liu)式流量計(ji) 的線性度(du)δl及重複性(xing)σ是評價流(liu)量計性能(neng)的重要指(zhi)标，δl越小🏃‍♀️計(ji)量精度越(yue)高，σ越大穩(wen)定性越差(cha)，表達式分(fen)别爲

　　從圖(tu)9中可以看(kan)出，實驗樣(yang)機的σi均随(sui)着雷諾數(shu)Re的增大而(er)💁減小，當Re增(zeng)大到一定(ding)程度時，σi接(jie)近常數，并(bing)且樣機A的(de)σ值最🌈大，樣(yang)機B次👉之，樣(yang)機C最小．從(cong)圖10中可以(yi)看出💛，随着(zhe)Re的增大，流(liu)出系數🌈Cd由(you)波動較大(da)發展到接(jie)近某💃一常(chang)數．流出系(xi)數Cd接近常(chang)數的⭐流速(su)區間爲流(liu)量計的量(liang)程範圍，線(xian)性度δl表征(zheng)在量程範(fan)圍内的計(ji)量精度．樣(yang)機A在6∶1的量(liang)程範圍内(nei)δl=0.91%；樣機👨‍❤️‍👨B在8∶1的(de)量程範圍(wei)内δl=0.75%；樣🙇🏻機C在(zai)15∶1的量程範(fan)圍内δl=0.57%．

4.2回流(liu)通量數據(ju)處理
　　圖11～圖(tu)13爲實驗樣(yang)機在不同(tong)流速下的(de)回流通量(liang)随流向距(ju)離的變化(hua)曲線，圖中(zhong)以無量綱(gang)值Qr/Qv作爲縱(zong)坐标，表征(zheng)回流通量(liang)的大小，Qr爲(wei)🐪回流通量(liang)，Qv爲管道入(ru)口流👨‍❤️‍👨量．從(cong)圖中可以(yi)看出，在🚩各(ge)流速點下(xia)無量綱值(zhi)Qr/Qv沿流向呈(cheng)抛物線變(bian)化，并且各(ge)樣機🌈的Qr/Qv的(de)最大值出(chu)現位置固(gu)定；随着🚶流(liu)速的增加(jia)，Qr/Qv增加，當流(liu)速增加到(dao)某一值時(shi)，Qr/Qv沿流向的(de)分布曲線(xian)重合．因此(ci)，Qr/Qv從沿流向(xiang)的非相似(si)分布過渡(du)到💔相似分(fen)布．在非相(xiang)🈲似分布速(su)度區間中(zhong)，各流速點(dian)下的回流(liu)通量沿流(liu)向💞分🔅布差(cha)異較大；而(er)在相似分(fen)布速度區(qu)間中，各流(liu)速點下的(de)回流通量(liang)沿流向分(fen)布重合．非(fei)相似分布(bu)與相似分(fen)布之間一(yi)定存在一(yi)個臨界速(su)度點vc，vc的取(qu)值與樣機(ji)的結構相(xiang)🌈關，樣機A的(de)cv取值是1.25,m/s，樣(yang)機B的vc取值(zhi)是0.70,m/s，樣機C的(de)vc取值是0.50,m/s．因(yin)此，v<1.25m/s、v<0.70,m/s、v<0.50m/s分别爲(wei)樣機A、B、C的Qr/Qv的(de)非相似分(fen)布速度區(qu)間；v≥1.25m/s、v≥0.70m/s、v≥0.50m/s分别爲(wei)樣機A、B、C的Qr/Qv的(de)相似分布(bu)速度區間(jian)．

　　樣機結構(gou)不同，在相(xiang)同速度點(dian)下的Qr/Qv不同(tong)．圖14與圖15分(fen)别爲🔆樣機(ji)🔞A、B、C在流速v=0.3m/s和(he)v=2.0,m/s時的回流(liu)通量沿流(liu)向的分布(bu)🏃‍♂️曲線．在v=0.3m/s時(shi)，樣機⛷️A、B、C的回(hui)流通量沿(yan)流向呈非(fei)相似分布(bu)；在v=2.0,m/s時，樣機(ji)A、B、C的回流通(tong)量沿流向(xiang)呈相似分(fen)布．在這兩(liang)個速度點(dian)下，樣機A的(de)Qr/Qv最大，樣機(ji)B次之，樣機(ji)‼️C最小．

4.3結果(guo)分析
　　從數(shu)據處理的(de)結果可以(yi)看出回流(liu)通量與多(duo)孔孔闆流(liu)量計🔅的計(ji)量性能之(zhi)間具有較(jiao)強的規律(lü)性．
　　對于同(tong)一塊多孔(kong)孔闆流量(liang)計，在v<vc這一(yi)流速區間(jian)内，各流速(su)🙇🏻點💜下的回(hui)流通量Qr沿(yan)流向呈非(fei)相似分布(bu)，流💰出系數(shu)Cd波動較大(da)且重複性(xing)σ較低；在v≥vc這(zhe)一流速區(qu)間内，各流(liu)速點下的(de)回流通量(liang)Qr沿流向呈(cheng)相似分布(bu)，流出系數(shu)Cd的🚶‍♀️線性度(du)δl較小且重(zhong)複💋性σ較高(gao)．這❓說明在(zai)低流速下(xia)，湍流脈動(dong)頻率低，大(da)尺度漩渦(wo)㊙️的運動過(guo)程對差壓(ya)信号🔅影♋響(xiang)明顯；在流(liu)速較高時(shi)，湍流脈動(dong)頻率增強(qiang)，大尺度漩(xuan)渦的運動(dong)過程對差(cha)壓信号影(ying)響✨程度減(jian)弱．
　　對于不(bu)同多孔孔(kong)闆流量計(ji)，在v＜vc流速區(qu)間内的相(xiang)同㊙️速度點(dian)下，流出系(xi)數Cd的重複(fu)性随回流(liu)通量的增(zeng)大💚而降低(di)，各樣機的(de)臨界速🌈度(du)vc随回流通(tong)量的增加(jia)而升高，即(ji)量程範圍(wei)随回流通(tong)量的增加(jia)而減小；在(zai)v≥vc的流速區(qu)間内，流出(chu)系㊙️數Cd的線(xian)性度δl随回(hui)流🌈通量的(de)增🔴加而增(zeng)大．
5結語
　　流(liu)體通過多(duo)孔孔闆後(hou)産生的回(hui)流通量可(ke)以作爲多(duo)孔孔闆流(liu)🐉量計的計(ji)量性能的(de)優化指标(biao)．回流通量(liang)随流速的(de)變化呈非(fei)相✔️似性分(fen)布與相似(si)性分布，兩(liang)種分布狀(zhuang)态之間存(cun)🥰在臨界速(su)度vc，vc的💞大小(xiao)與多孔孔(kong)闆的結構(gou)相關，vc越小(xiao)，量程範🌍圍(wei)越寬；當回(hui)流通量沿(yan)流向呈非(fei)相似性分(fen)布時，同一(yi)塊多孔孔(kong)闆在相同(tong)流速點下(xia)的流出系(xi)數Cd重複性(xing)較差，在不(bu)同流速下(xia)流出系🔆數(shu)Cd波動較大(da)；當回流通(tong)量沿流向(xiang)分布具有(you)相似性時(shi)，同一塊💋多(duo)孔孔闆在(zai)相同流速(su)點下的流(liu)出系數Cd重(zhong)複性較好(hao)，在不同流(liu)速下流出(chu)系數Cd線性(xing)度較高；并(bing)且不同結(jie)構的多孔(kong)孔闆在🌈相(xiang)同流速點(dian)下的回流(liu)通量越小(xiao)，流🈲量計的(de)計量性能(neng)越高．利用(yong)該☂️方法優(you)化多孔孔(kong)闆流量計(ji)不但可以(yi)降低成本(ben)、容易實現(xian)，而且對優(you)化其他形(xing)式的節流(liu)式流量計(ji)具有一定(ding)的意義．

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