摘(zhai)要：平(ping)衡型(xing)低溫(wen)流量(liang)計 可(ke)用于(yu)低溫(wen)推進(jin)劑的(de)加注(zhu)、分配(pei)、輸送(song)等環(huan)節，其(qi)孔闆(pan)結構(gou)特征(zheng)是影(ying)響流(liu)量計(ji)性能(neng)的關(guan)鍵因(yin)素。爲(wei)了研(yan)究孔(kong)闆倒(dao)角對(dui)平衡(heng)型低(di)溫流(liu)量計(ji)流出(chu)系數(shu)、壓力(li)損失(shi)系數(shu)和穩(wen)定性(xing)的影(ying)響，建(jian)立了(le)基于(yu)Mixture多相(xiang)流模(mo)型、Schnerr-Sauer空(kong)化模(mo)型和(he)Realizablek-ε湍流(liu)模型(xing)的CFD數(shu)值模(mo)型，并(bing)結合(he)文獻(xian)中的(de)水翼(yi)空化(hua)實驗(yan)和多(duo)孔闆(pan)流動(dong)實驗(yan)的結(jie)果驗(yan)證了(le)模型(xing)的可(ke)靠性(xing)。模拟(ni)計算(suan)結果(guo)顯示(shi)，開設(she)前倒(dao)角會(hui)增大(da)多孔(kong)闆的(de)流出(chu)系數(shu)，減小(xiao)壓力(li)損失(shi)系數(shu)，但會(hui)增大(da)流量(liang)計測(ce)量時(shi)的不(bu)穩定(ding)性；45°的(de)前倒(dao)角使(shi)流出(chu)系數(shu)由0.674增(zeng)大到(dao)0.907，适當(dang)開設(she)前倒(dao)角可(ke)以有(you)效提(ti)高流(liu)量計(ji)的工(gong)作性(xing)能。而(er)開設(she)後倒(dao)角對(dui)流量(liang)計性(xing)能的(de)影響(xiang)較小(xiao)。用于(yu)流體(ti)流量(liang)的雙(shuang)向測(ce)量時(shi)，可對(dui)多孔(kong)闆的(de)前後(hou)端均(jun)開設(she)45°的倒(dao)角。
1引(yin)言
　　孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 因其(qi)結構(gou)簡單(dan)、可靠(kao)性高(gao)和流(liu)體适(shi)用性(xing)廣等(deng)優點(dian)，目前(qian)已廣(guang)泛地(di)應用(yong)于石(shi)油和(he)化工(gong)等領(ling)域。然(ran)而，當(dang)流體(ti)流經(jing)孔闆(pan)時會(hui)發生(sheng)節流(liu)壓降(jiang)，容易(yi)發生(sheng)空化(hua)現象(xiang)，此外(wai)也會(hui)造成(cheng)較大(da)的局(ju)部壓(ya)力損(sun)失，這(zhe)會對(dui)流量(liang)計的(de)性能(neng)和設(she)備安(an)全帶(dai)來影(ying)響。另(ling)一方(fang)面，空(kong)間技(ji)術的(de)快速(su)發展(zhan)對低(di)溫流(liu)體流(liu)量測(ce)量精(jing)度的(de)要求(qiu)也越(yue)來越(yue)高［1］。低(di)溫推(tui)進劑(ji)的加(jia)注、分(fen)配、輸(shu)送等(deng)環節(jie)都離(li)不開(kai)流量(liang)的精(jing)度高(gao)測量(liang)。多孔(kong)闆可(ke)以平(ping)衡調(diao)整流(liu)場［2］，流(liu)體流(liu)經多(duo)孔闆(pan)後受(shou)到的(de)擾動(dong)和壓(ya)力損(sun)失比(bi)标準(zhun)孔闆(pan)小，因(yin)而在(zai)低溫(wen)流體(ti)測量(liang)領域(yu)的應(ying)用潛(qian)力大(da)。
　　在過(guo)去的(de)幾十(shi)年間(jian)，多孔(kong)闆的(de)研究(jiu)受到(dao)大量(liang)關注(zhu)，主要(yao)集中(zhong)于結(jie)構參(can)數和(he)運行(hang)工況(kuang)對其(qi)流出(chu)系數(shu)和壓(ya)力損(sun)失系(xi)數的(de)影。
　　可(ke)以發(fa)現，以(yi)前對(dui)多孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的研(yan)究多(duo)集中(zhong)于常(chang)溫流(liu)體，如(ru)空氣(qi)和水(shui)等，對(dui)應用(yong)于航(hang)天推(tui)進技(ji)術領(ling)域的(de)低溫(wen)流體(ti)等研(yan)究相(xiang)對較(jiao)少。此(ci)外，低(di)溫流(liu)體流(liu)經多(duo)孔闆(pan)後易(yi)發生(sheng)空化(hua)現象(xiang)，在研(yan)究多(duo)孔闆(pan)流量(liang)計适(shi)用于(yu)低溫(wen)流體(ti)的性(xing)能研(yan)究時(shi)，需要(yao)建立(li)并驗(yan)證考(kao)慮低(di)溫流(liu)體空(kong)化流(liu)動的(de)數值(zhi)模型(xing)。同時(shi)，對孔(kong)闆結(jie)構參(can)數的(de)研究(jiu)多集(ji)中于(yu)孔闆(pan)直徑(jing)比、孔(kong)闆厚(hou)度、開(kai)孔直(zhi)徑、孔(kong)分布(bu)方式(shi)等，很(hen)少涉(she)及到(dao)孔闆(pan)倒角(jiao)。
　　拟以(yi)低溫(wen)流體(ti)液氮(dan)爲介(jie)質，采(cai)用數(shu)值方(fang)法研(yan)究孔(kong)闆倒(dao)角對(dui)平衡(heng)型流(liu)量計(ji)低溫(wen)流體(ti)流量(liang)測量(liang)性能(neng)的影(ying)響，計(ji)算模(mo)型将(jiang)考慮(lü)低溫(wen)流體(ti)的空(kong)化效(xiao)應。
2方(fang)法
2.1數(shu)學模(mo)型及(ji)驗證(zheng)
　　液氮(dan)流經(jing)多孔(kong)闆後(hou)，因節(jie)流壓(ya)降，在(zai)一定(ding)工況(kuang)下流(liu)場壓(ya)力會(hui)小于(yu)相應(ying)溫度(du)下流(liu)體的(de)飽和(he)壓力(li)，誘發(fa)空化(hua)，此時(shi)流體(ti)流動(dong)
爲氣(qi)液兩(liang)相流(liu)。将氣(qi)液兩(liang)相看(kan)成混(hun)合物(wu)單相(xiang)，采用(yong)混合(he)物多(duo)相流(liu)模型(xing)求解(jie)連續(xu)性方(fang)程、動(dong)量方(fang)程和(he)能量(liang)方程(cheng)。基本(ben)控制(zhi)
方程(cheng)如下(xia)

　　式中(zhong)下标(biao)m,l和g分(fen)别表(biao)示混(hun)合相(xiang)、液相(xiang)和氣(qi)相;a爲(wei)體積(ji)分數(shu);p,v,μ,t,p,T和h分(fen)别爲(wei)密度(du)、速度(du)、動力(li)粘度(du)、時間(jian)、壓力(li)、溫度(du)和焓(han);keff爲有(you)效導(dao)熱系(xi)數;SE爲(wei)體積(ji)熱源(yuan);?dr.;爲相(xiang)i的漂(piao)移速(su)度。
　　Schnerr-Sauer空(kong)化模(mo)型已(yi)被用(yong)于低(di)溫流(liu)體空(kong)化的(de)數值(zhi)計算(suan)［19-20］。其具(ju)體表(biao)達式(shi)爲［21］分(fen)别表(biao)示氣(qi)泡生(sheng)成、氣(qi)泡破(po)裂和(he)飽和(he)蒸汽(qi)。

　　此外(wai)，采用(yong)Realizablek-ε湍流(liu)模型(xing)進行(hang)湍流(liu)閉合(he)，它滿(man)足雷(lei)諾應(ying)力的(de)數學(xue)約束(shu)，與實(shi)際湍(tuan)流過(guo)程一(yi)緻。與(yu)标準(zhun)k-ε模型(xing)相比(bi)，改進(jin)了湍(tuan)流粘(zhan)性的(de)計算(suan)，并基(ji)于均(jun)方渦(wo)波動(dong)的輸(shu)送方(fang)程建(jian)立了(le)新的(de)ε方程(cheng)。對涉(she)及旋(xuan)轉、強(qiang)逆壓(ya)梯度(du)下的(de)邊界(jie)層，分(fen)離和(he)回流(liu)等流(liu)動，Realizablek-ε模(mo)型可(ke)得到(dao)較好(hao)的預(yu)測結(jie)果。湍(tuan)動能(neng)k和湍(tuan)流擴(kuo)散率(lü)ε的輸(shu)送方(fang)程爲(wei)

是因(yin)平均(jun)速度(du)梯度(du)生成(cheng)的湍(tuan)動能(neng)。
　　采用(yong)Hord等［23］的(de)液氮(dan)水翼(yi)空化(hua)實驗(yan)283C來驗(yan)證上(shang)述數(shu)學模(mo)型在(zai)模拟(ni)低溫(wen)流體(ti)空化(hua)流動(dong)時的(de)可靠(kao)性。水(shui)翼結(jie)構和(he)計算(suan)域如(ru)圖1所(suo)示，且(qie)實驗(yan)中液(ye)氮的(de)進口(kou)溫度(du)爲77.71K，自(zi)由來(lai)流速(su)度爲(wei)14.5m/s，空化(hua)數爲(wei)1.8。模拟(ni)中采(cai)用速(su)度進(jin)口和(he)壓力(li)出口(kou)，y=0處設(she)爲對(dui)稱邊(bian)界條(tiao)件，壁(bi)面設(she)爲無(wu)滑移(yi)壁面(mian)。計算(suan)結果(guo)和實(shi)驗結(jie)果的(de)對比(bi)如圖(tu)2所示(shi)。水翼(yi)壁面(mian)壓力(li)和溫(wen)度的(de)數值(zhi)及随(sui)
位置(zhi)的變(bian)化規(gui)律基(ji)本吻(wen)合，考(kao)慮到(dao)實驗(yan)誤差(cha)及模(mo)拟對(dui)實際(ji)問題(ti)的簡(jian)化，可(ke)以認(ren)爲數(shu)值計(ji)算模(mo)型可(ke)以有(you)效地(di)用于(yu)模拟(ni)低溫(wen)流體(ti)
的空(kong)化流(liu)動。
　　此(ci)外，選(xuan)取Huang等(deng)［26］的多(duo)孔闆(pan)流動(dong)實驗(yan)結果(guo)，來驗(yan)證數(shu)值模(mo)型用(yong)于流(liu)體多(duo)孔闆(pan)流動(dong)的準(zhun)确性(xing)。孔闆(pan)結構(gou)如圖(tu)3
所示(shi)，采用(yong)了實(shi)驗中(zhong)編号(hao)爲No.1的(de)多孔(kong)闆，管(guan)路内(nei)徑D、開(kai)孔直(zhi)徑d0、内(nei)圈開(kai)孔圓(yuan)心所(suo)在圓(yuan)的直(zhi)徑d1和(he)外圈(quan)開孔(kong)圓心(xin)所在(zai)圓的(de)
直徑(jing)d2分别(bie)爲29mm，4mm，11mm和(he)22.6mm，厚度(du)爲3mm；内(nei)圈開(kai)有5個(ge)孔，外(wai)圈開(kai)有9個(ge)孔。實(shi)驗工(gong)質爲(wei)水，且(qie)實驗(yan)在标(biao)準大(da)氣
壓(ya)和室(shi)溫條(tiao)件下(xia)開展(zhan)。模拟(ni)結果(guo)和實(shi)驗結(jie)果的(de)對比(bi)如圖(tu)4所示(shi)，兩者(zhe)之間(jian)的相(xiang)對誤(wu)差在(zai)4%範圍(wei)内，從(cong)而驗(yan)證了(le)數值(zhi)模型(xing)用于(yu)多
孔(kong)闆流(liu)動模(mo)拟的(de)準确(que)性。

2.2物(wu)理模(mo)型和(he)網格(ge)劃分(fen)
　　多孔(kong)闆結(jie)構如(ru)圖5所(suo)示。管(guan)路内(nei)徑D爲(wei)50mm，孔闆(pan)厚度(du)t=6.35mm。多孔(kong)闆中(zhong)心有(you)一個(ge)孔；周(zhou)圍孔(kong)分布(bu)于直(zhi)徑Dr=30mm的(de)圓上(shang)，開孔(kong)數目(mu)爲7個(ge)，其與(yu)中心(xin)開孔(kong)直徑(jing)相同(tong)，均爲(wei)d=10mm。控制(zhi)倒角(jiao)圓與(yu)孔間(jian)的距(ju)離差(cha)爲e=1mm。爲(wei)便于(yu)區分(fen)不同(tong)倒角(jiao)的多(duo)孔闆(pan)，以α1-α2表(biao)示前(qian)倒角(jiao)和後(hou)倒角(jiao)度數(shu)，分别(bie)爲α1和(he)α2的多(duo)孔闆(pan)。多孔(kong)闆上(shang)下遊(you)直管(guan)段的(de)長度(du)分别(bie)取10D和(he)15D，以保(bao)證多(duo)孔闆(pan)上遊(you)流動(dong)充分(fen)發展(zhan)，且下(xia)遊靜(jing)壓力(li)得到(dao)充分(fen)恢複(fu)。對計(ji)算域(yu)進行(hang)六面(mian)體網(wang)格劃(hua)分，并(bing)對孔(kong)闆附(fu)近區(qu)域的(de)網格(ge)進行(hang)局部(bu)加密(mi)，網格(ge)膨脹(zhang)因子(zi)均小(xiao)于1.2。劃(hua)分的(de)網格(ge)如圖(tu)6所示(shi)。經過(guo)網格(ge)獨立(li)性考(kao)核，計(ji)算中(zhong)采用(yong)的網(wang)格總(zong)數約(yue)爲119萬(wan)。以不(bu)倒角(jiao)時的(de)多孔(kong)闆爲(wei)例，采(cai)用數(shu)量分(fen)别爲(wei)687310，1187590和1668615的(de)三種(zhong)網格(ge)對液(ye)氮流(liu)經多(duo)孔闆(pan)時的(de)流出(chu)系數(shu)進行(hang)數值(zhi)計算(suan)，結果(guo)如圖(tu)7所示(shi)。與1668615的(de)網格(ge)相比(bi)，采用(yong)1187590的網(wang)格計(ji)算所(suo)得流(liu)出系(xi)數的(de)偏差(cha)小于(yu)0.3%。在保(bao)證計(ji)算精(jing)度的(de)同時(shi)，爲減(jian)小運(yun)算量(liang)，拟選(xuan)用1187590的(de)網格(ge)劃分(fen)方案(an)。計算(suan)域左(zuo)端爲(wei)速度(du)入口(kou)，右端(duan)爲壓(ya)力出(chu)口，壁(bi)面爲(wei)無滑(hua)移邊(bian)界條(tiao)件。

　　基(ji)于CFD軟(ruan)件ANSYSFLUENT14.5進(jin)行了(le)三維(wei)穩态(tai)數值(zhi)模拟(ni)。壓力(li)速度(du)耦合(he)采用(yong)Coupled算法(fa)，并采(cai)用二(er)階迎(ying)風格(ge)式進(jin)行數(shu)值求(qiu)解。空(kong)化發(fa)生時(shi)連續(xu)性方(fang)程和(he)氣相(xiang)組分(fen)的收(shou)斂标(biao)準設(she)爲10-3，其(qi)餘設(she)爲10-6。
3結(jie)果與(yu)讨論(lun)
　　計算(suan)中選(xuan)用液(ye)氮爲(wei)流體(ti)介質(zhi)（進口(kou)溫度(du)爲77.36K，出(chu)口壓(ya)力爲(wei)0.2MPa），壁面(mian)絕熱(re)且無(wu)滑移(yi)。通過(guo)改變(bian)流體(ti)進口(kou)速度(du)，可以(yi)得到(dao)不同(tong)雷諾(nuo)數下(xia)的流(liu)量計(ji)工作(zuo)性能(neng)。雷諾(nuo)數Re=uD/v，速(su)度u取(qu)流體(ti)進口(kou)速度(du)，特征(zheng)長度(du)取管(guan)路内(nei)徑D，液(ye)氮的(de)運動(dong)粘度(du)爲0.001993cm2/s。采(cai)用流(liu)出系(xi)數和(he)壓力(li)損失(shi)系數(shu)兩個(ge)無量(liang)綱量(liang)來表(biao)征多(duo)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)工作(zuo)性能(neng)。流出(chu)系數(shu)爲
實(shi)際流(liu)量與(yu)理想(xiang)流量(liang)的比(bi)值［24］，其(qi)表達(da)式爲(wei)


　　式中(zhong)qv爲流(liu)體體(ti)積流(liu)量，A爲(wei)管路(lu)橫截(jie)面積(ji)，Δp爲節(jie)流壓(ya)降；等(deng)效直(zhi)徑比(bi)β=（Ah/A）1/2，Ah爲孔(kong)闆總(zong)開孔(kong)面積(ji)。壓力(li)損失(shi)系數(shu)定義(yi)爲

　　式(shi)中△?是(shi)流體(ti)流經(jing)孔闆(pan)的永(yong)久壓(ya)力損(sun)失,模(mo)拟中(zhong)取孔(kong)闆.上(shang)遊1D和(he)下遊(you)6D位置(zhi)處的(de)壓力(li)差。
　　在(zai)多孔(kong)闆前(qian)端（與(yu)上遊(you)區域(yu)相連(lian)的部(bu)分）開(kai)孔處(chu)分别(bie)開設(she)0°，30°，45°和60°的(de)倒角(jiao)，後端(duan)不倒(dao)角，多(duo)孔闆(pan)流出(chu)系數(shu)C和壓(ya)力損(sun)失系(xi)數ξ随(sui)雷諾(nuo)數Re的(de)變化(hua)分别(bie)如圖(tu)8和圖(tu)9所示(shi)。從圖(tu)中可(ke)以發(fa)現，随(sui)着Re的(de)增加(jia)，孔闆(pan)流出(chu)系數(shu)和壓(ya)力損(sun)失系(xi)數的(de)變化(hua)呈現(xian)出三(san)個階(jie)段，即(ji)不穩(wen)定區(qu)、穩定(ding)區和(he)空化(hua)區［10］。以(yi)無倒(dao)角時(shi)的工(gong)況爲(wei)例，三(san)個階(jie)段分(fen)别用(yong)I，II和III表(biao)示，如(ru)圖8所(suo)示。當(dang)Re<1.2544×105，即進(jin)口速(su)度u<0.5m/s時(shi)，流量(liang)計處(chu)于不(bu)穩定(ding)區，流(liu)出系(xi)數随(sui)Re的增(zeng)大而(er)減小(xiao)，此時(shi)影響(xiang)流出(chu)系數(shu)的流(liu)束收(shou)縮系(xi)數和(he)孔闆(pan)總阻(zu)力系(xi)數會(hui)随Re發(fa)生變(bian)化。當(dang)Re>1.2544×106，即進(jin)口速(su)度u>5m/s時(shi)，流量(liang)計處(chu)于空(kong)化區(qu)，流體(ti)流經(jing)多孔(kong)闆後(hou)因節(jie)流壓(ya)降而(er)發生(sheng)空化(hua)，氣液(ye)兩相(xiang)流動(dong)的存(cun)在使(shi)流量(liang)計壓(ya)降增(zeng)大，造(zao)成流(liu)出系(xi)數的(de)下降(jiang)，影響(xiang)流量(liang)計的(de)工作(zuo)性能(neng)。此外(wai)，還會(hui)帶來(lai)侵蝕(shi)、振動(dong)和噪(zao)聲等(deng)危害(hai)。當1.2544×105<Re<1.2544×106時(shi)，流束(shu)收縮(suo)系數(shu)和孔(kong)闆總(zong)阻力(li)系數(shu)不再(zai)随Re變(bian)化，因(yin)而流(liu)出系(xi)數基(ji)本不(bu)随Re發(fa)生變(bian)化，此(ci)時流(liu)量計(ji)處于(yu)穩定(ding)區。
　　流(liu)量計(ji)在正(zheng)常工(gong)作時(shi)，須處(chu)于中(zhong)間的(de)穩定(ding)區域(yu)，此時(shi)多孔(kong)闆的(de)流出(chu)系數(shu)和壓(ya)力損(sun)失系(xi)數基(ji)本不(bu)随Re發(fa)生變(bian)化。流(liu)出系(xi)數越(yue)大，壓(ya)力損(sun)失系(xi)數越(yue)小，且(qie)穩定(ding)工作(zuo)區域(yu)流出(chu)系數(shu)的波(bo)動越(yue)小，意(yi)味着(zhe)流量(liang)計的(de)性能(neng)更優(you)、更穩(wen)定。與(yu)無倒(dao)角（0°-0°）的(de)工況(kuang)相比(bi)，多孔(kong)闆開(kai)設前(qian)倒角(jiao)後，流(liu)出系(xi)數明(ming)顯增(zeng)大，且(qie)随前(qian)倒角(jiao)度數(shu)的增(zeng)大而(er)升高(gao)。當倒(dao)角分(fen)别爲(wei)0°，30°，45°和60°時(shi)，穩定(ding)區域(yu)的平(ping)均流(liu)出系(xi)數分(fen)别爲(wei)0.674，0.828，0.907和0.942。類(lei)似地(di)，多孔(kong)闆壓(ya)力損(sun)失系(xi)數随(sui)前倒(dao)角度(du)數的(de)增大(da)而下(xia)降。
采(cai)用标(biao)準差(cha)λ1和線(xian)性度(du)λ2來評(ping)估多(duo)孔闆(pan)流量(liang)計工(gong)作區(qu)間（即(ji)穩定(ding)區）的(de)穩定(ding)性


　　指(zhi)标數(shu)值越(yue)小，表(biao)示流(liu)出系(xi)數波(bo)動越(yue)小，流(liu)量計(ji)的穩(wen)定性(xing)越高(gao)。表1列(lie)出了(le)不同(tong)前倒(dao)角時(shi)流量(liang)計工(gong)作區(qu)間的(de)穩定(ding)性指(zhi)标。由(you)表中(zhong)數據(ju)可以(yi)看到(dao)，前倒(dao)角的(de)引入(ru)會在(zai)一定(ding)程度(du)上降(jiang)低流(liu)量計(ji)的穩(wen)定性(xing)。
　　多孔(kong)闆前(qian)端不(bu)進行(hang)倒角(jiao)，後端(duan)則分(fen)别有(you)0°，30°，45°和60°的(de)倒角(jiao)時，流(liu)出系(xi)數和(he)壓力(li)損失(shi)系數(shu)随Re的(de)變化(hua)分别(bie)如圖(tu)10和圖(tu)11所示(shi)。開設(she)後倒(dao)角對(dui)多孔(kong)闆流(liu)出系(xi)數和(he)壓力(li)損失(shi)系數(shu)的影(ying)響較(jiao)小，後(hou)倒角(jiao)爲60°時(shi)，穩定(ding)區間(jian)的平(ping)均流(liu)出系(xi)數和(he)壓力(li)損失(shi)系數(shu)分别(bie)爲0.676和(he)13.159，這與(yu)沒有(you)倒角(jiao)時的(de)數值(zhi)0.674和13.173非(fei)常接(jie)近。計(ji)算結(jie)果表(biao)明，開(kai)設後(hou)倒角(jiao)會增(zeng)大流(liu)出系(xi)數，降(jiang)低壓(ya)力損(sun)失系(xi)數，且(qie)随着(zhe)倒角(jiao)度數(shu)的增(zeng)大影(ying)響将(jiang)變小(xiao)。當後(hou)倒角(jiao)爲30°時(shi)，工作(zuo)區間(jian)的平(ping)均流(liu)出系(xi)數從(cong)0.674變爲(wei)0.686，提高(gao)了1.78%；平(ping)均壓(ya)力損(sun)失系(xi)數由(you)13.173變爲(wei)12.623，降低(di)了3.90%。流(liu)量計(ji)工作(zuo)區間(jian)流出(chu)系數(shu)的穩(wen)定性(xing)指标(biao)如表(biao)2所列(lie)。與前(qian)倒角(jiao)相比(bi)，後倒(dao)角對(dui)流出(chu)系數(shu)穩定(ding)性的(de)影響(xiang)較小(xiao)。

　　倒角(jiao)對多(duo)孔闆(pan)工作(zuo)性能(neng)的影(ying)響是(shi)通過(guo)改變(bian)節流(liu)孔附(fu)近的(de)流場(chang)引起(qi)的。流(liu)體流(liu)經多(duo)孔闆(pan)後的(de)永久(jiu)壓力(li)損失(shi)包括(kuo)進口(kou)處的(de)流動(dong)阻力(li)（即多(duo)孔闆(pan)本身(shen)造成(cheng)的局(ju)部壓(ya)力損(sun)失）、多(duo)孔闆(pan)下遊(you)區域(yu)流場(chang)中旋(xuan)渦運(yun)動消(xiao)耗的(de)能量(liang)和管(guan)道内(nei)壁面(mian)處的(de)沿程(cheng)損失(shi)［13］。沿程(cheng)損失(shi)不受(shou)倒角(jiao)的影(ying)響，下(xia)面的(de)分析(xi)中将(jiang)不作(zuo)考慮(lü)。0°-0°，45°-0°和0°-45°三(san)種倒(dao)角方(fang)式下(xia)多孔(kong)闆附(fu)近的(de)速度(du)雲圖(tu)和流(liu)線圖(tu)如圖(tu)12和圖(tu)13所示(shi)。液氮(dan)進口(kou)流速(su)爲2m/s。


　　沒(mei)有倒(dao)角時(shi)，流體(ti)從上(shang)遊管(guan)路進(jin)入截(jie)面突(tu)然收(shou)縮的(de)節流(liu)孔，進(jin)口處(chu)流動(dong)阻力(li)大；流(liu)束在(zai)節流(liu)孔處(chu)收縮(suo)，流線(xian)距壁(bi)面較(jiao)遠，流(liu)體流(liu)經節(jie)流孔(kong)後形(xing)成的(de)射流(liu)速度(du)較高(gao)，下遊(you)壁面(mian)存在(zai)較長(zhang)的回(hui)流區(qu)域，流(liu)體旋(xuan)渦運(yun)動消(xiao)耗的(de)能量(liang)較多(duo)。開設(she)前倒(dao)角後(hou)，流體(ti)沿着(zhe)倒角(jiao)進入(ru)節流(liu)孔，緩(huan)解了(le)流體(ti)在進(jin)入節(jie)流孔(kong)時截(jie)面突(tu)然收(shou)縮的(de)過程(cheng)，使流(liu)體沿(yan)進口(kou)邊緣(yuan)轉向(xiang)時的(de)流動(dong)比較(jiao)平穩(wen)，流線(xian)更加(jia)貼近(jin)壁面(mian)，孔闆(pan)截面(mian)與流(liu)線的(de)變化(hua)較爲(wei)一緻(zhi)，從而(er)減小(xiao)了進(jin)口處(chu)的流(liu)動阻(zu)力；此(ci)外，與(yu)無倒(dao)角時(shi)相比(bi)，開設(she)前倒(dao)角後(hou)射流(liu)的速(su)度以(yi)及孔(kong)闆下(xia)遊回(hui)流區(qu)的長(zhang)度也(ye)明顯(xian)縮短(duan)，流體(ti)的流(liu)動損(sun)失減(jian)小。而(er)開設(she)後倒(dao)角對(dui)流束(shu)收縮(suo)和流(liu)速大(da)小的(de)影響(xiang)相對(dui)較小(xiao)，下遊(you)壁面(mian)附近(jin)回流(liu)區的(de)長度(du)略有(you)縮短(duan)，流體(ti)流經(jing)孔闆(pan)後的(de)壓力(li)損失(shi)略有(you)下降(jiang)。


　　爲便(bian)于流(liu)體流(liu)量的(de)雙向(xiang)測量(liang)，對多(duo)孔闆(pan)前後(hou)倒角(jiao)均爲(wei)45°的工(gong)況也(ye)進行(hang)了研(yan)究，流(liu)出系(xi)數和(he)壓力(li)損失(shi)系數(shu)的變(bian)化如(ru)圖14和(he)圖15所(suo)示。相(xiang)比于(yu)隻開(kai)設前(qian)倒角(jiao)的工(gong)況，前(qian)後均(jun)進行(hang)倒角(jiao)時多(duo)孔闆(pan)的流(liu)出系(xi)數略(lue)有增(zeng)大，壓(ya)力損(sun)失系(xi)數略(lue)有下(xia)降。具(ju)體地(di)，流量(liang)計工(gong)作區(qu)間的(de)平均(jun)流出(chu)系數(shu)由0.907增(zeng)大到(dao)0.927，平均(jun)壓力(li)損失(shi)系數(shu)由6.403減(jian)小到(dao)6.135。

4結論(lun)
　　采用(yong)數值(zhi)方法(fa)，研究(jiu)了多(duo)孔闆(pan)倒角(jiao)對平(ping)衡型(xing)流量(liang)計工(gong)作性(xing)能的(de)影響(xiang)，主要(yao)結論(lun)有：
（1）孔(kong)闆開(kai)設前(qian)倒角(jiao)後，流(liu)出系(xi)數增(zeng)大，壓(ya)力損(sun)失系(xi)數減(jian)小，但(dan)前倒(dao)角的(de)引入(ru)會在(zai)一定(ding)程度(du)上增(zeng)加流(liu)量計(ji)流量(liang)測量(liang)時的(de)不穩(wen)定性(xing)。前倒(dao)角分(fen)别爲(wei)0°，30°，45°和60°時(shi)，穩定(ding)區域(yu)的平(ping)均流(liu)出系(xi)數分(fen)别爲(wei)0.674，0.828，0.907和0.942。與(yu)開設(she)前倒(dao)角相(xiang)比，開(kai)設後(hou)倒角(jiao)對流(liu)量計(ji)工作(zuo)性能(neng)的影(ying)響較(jiao)小。相(xiang)比于(yu)隻開(kai)設前(qian)倒角(jiao)的計(ji)算工(gong)況，前(qian)後均(jun)倒角(jiao)時流(liu)量計(ji)平均(jun)流出(chu)系數(shu)略有(you)增大(da)，壓力(li)損失(shi)系數(shu)略有(you)下降(jiang)。
（2）倒角(jiao)對多(duo)孔闆(pan)工作(zuo)性能(neng)的影(ying)響是(shi)通過(guo)改變(bian)節流(liu)孔附(fu)近的(de)速度(du)分布(bu)和流(liu)線引(yin)起的(de)。

　　上述(shu)可用(yong)于指(zhi)導平(ping)衡型(xing)低溫(wen)流量(liang)計的(de)結構(gou)設計(ji)和優(you)化。在(zai)單向(xiang)流體(ti)流量(liang)測量(liang)中，開(kai)設合(he)适的(de)前倒(dao)角可(ke)以有(you)效提(ti)高流(liu)量計(ji)的工(gong)作性(xing)能。在(zai)用于(yu)雙向(xiang)流量(liang)測量(liang)時，可(ke)對多(duo)孔闆(pan)前後(hou)均倒(dao)角45°。不(bu)過，開(kai)設倒(dao)角在(zai)一定(ding)程度(du)上會(hui)增加(jia)孔闆(pan)結構(gou)的複(fu)雜程(cheng)度，進(jin)而提(ti)高對(dui)加工(gong)精度(du)的要(yao)求。

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