摘要：爲(wei)了提高(gao)多孔孔(kong)闆流量(liang)傳感器(qi) 的計量(liang)性能,利(li)用仿真(zhen)計算與(yu)實流實(shi)驗相結(jie)合的方(fang)式🌈對多(duo)孔孔闆(pan)流量傳(chuan)感器的(de)結構參(can)數對計(ji)量性能(neng)的影😍響(xiang)進行了(le)研究㊙️。利(li)用實流(liu)實驗結(jie)果和多(duo)股射流(liu)的研究(jiu)成果對(dui)仿真計(ji)算結果(guo)進行驗(yan)證,結果(guo)表明:多(duo)🐅孔孔闆(pan)安裝位(wei)置對計(ji)量結果(guo)的影響(xiang)程度受(shou)相對入(ru)射間距(ju)s影響;.流(liu)出系數(shu)C受到相(xiang)對入射(she)間距s、環(huan)狀排列(lie)孔所在(zai)區域的(de)外緣與(yu)管壁之(zhi)間的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻最(zui)小距離(li)d2和厚度(du)I的影響(xiang);流出系(xi)數C的線(xian)性度主(zhu)要受環(huan)狀排列(lie)孔所在(zai)區域内(nei)緣與中(zhong)心節流(liu)孔邊緣(yuan)之間的(de)最小徑(jing)向距離(li)d,影響。
多(duo)孔孔闆(pan)流量傳(chuan)感器是(shi)在标準(zhun)孔闆基(ji)礎上發(fa)展🆚起來(lai)的👉節流(liu)裝置,是(shi)一個對(dui)稱的多(duo)孔圓盤(pan)。從文獻(xian)[1~3]可以看(kan)出，該流(liu)量計具(ju)有比标(biao)準孔闆(pan)更爲出(chu)色的計(ji)量性能(neng)。多孔孔(kong)闆的孔(kong)排列方(fang)式及孔(kong)闆的厚(hou)度☂️等幾(ji)何參數(shu)決定了(le)❓流量傳(chuan)感器的(de)測量性(xing)能。設計(ji)了6種口(kou)徑(D=100mm、等效(xiao)直徑比(bi)β=0.6)具有不(bu)同孔分(fen)布形式(shi)和厚🌈度(du)的多孔(kong)孔闆。在(zai)流速範(fan)圍爲0.5~7.5m/s的(de)工況下(xia),利用仿(pang)真計算(suan)與實流(liu)實驗相(xiang)結合🌍的(de)方法對(dui)多孔孔(kong)闆的幾(ji)何結構(gou)對計量(liang)性能的(de)影響進(jin)行了研(yan)究。
多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gan)器簡介(jie)
　　由射流(liu)理論可(ke)知,介質(zhi)經過多(duo)孔孔闆(pan)後形成(cheng)多股受(shou)限性淹(yan)沒射流(liu)，因此多(duo)股射流(liu)的研究(jiu)成果對(dui)于研究(jiu)多孔孔(kong)闆🔴流量(liang)傳感器(qi)具有一(yi)定的指(zhi)導意義(yi)。多股射(she)流與單(dan)⛹🏻‍♀️股射流(liu)🌈的主要(yao)區别是(shi)孔間射(she)流射出(chu)後在其(qi)相鄰兩(liang)股射流(liu)之間存(cun)在相互(hu)卷吸作(zuo)用,這直(zhi)接影響(xiang)着流動(dong)的發生(sheng)與發展(zhan)過👄程,因(yin)此多;股(gu)射流的(de)流場比(bi)單股射(she)流的流(liu)場要複(fu)雜很多(duo)。國内外(wai)學者通(tong)過理論(lun)分析、實(shi)驗測量(liang)和數值(zhi)模拟的(de)方式對(dui)多股射(she)流進行(hang)✌️了研究(jiu),目前已(yi)經對流(liu)動特性(xing)和流動(dong)機🐆理有(you)了一定(ding)的認識(shi)。爲了便(bian)于研究(jiu)，雙股⚽射(she)流成爲(wei)衆多學(xue)✏️者研究(jiu)多股射(she)流的基(ji)礎。
 
　　由文(wen)獻[4~8]可知(zhi),雙股射(she)流按其(qi)流動特(te)性可分(fen)爲會聚(ju)區和聯(lian)合🤟區,如(ru)圖1所示(shi)。由于兩(liang)股射流(liu)的卷吸(xi)和幹擾(rao),以緻在(zai)兩股射(she)流的彙(hui)聚區内(nei)形成負(fu)壓區,在(zai)該🐪區内(nei)存🌈在一(yi)對穩定(ding)的旋轉(zhuan)方🐪向相(xiang)反的旋(xuan)渦，旋渦(wo)🔴的長度(du)随着孔(kong)間間距(ju)的增大(da)☎️而增長(zhang)[6]。在兩股(gu)射流聯(lian)合後下(xia)遊㊙️附近(jin)速度由(you)會聚區(qu)内的負(fu)值變爲(wei)正值,預(yu)期存在(zai)一個點(dian),在該點(dian)的.速度(du)爲零,這(zhe)個點稱(cheng)🍓爲自由(you)滯點或(huo)混合點(dian)95),通過确(que)定該點(dian)的位置(zhi)可以反(fan)映出會(hui)聚區内(nei)旋渦的(de)長度。射(she)流的🐕出(chu)射速度(du)越☎️大,對(dui)周圍流(liu)體的卷(juan)吸作用(yong)越強烈(lie),射流之(zhi)間的旋(xuan)渦也越(yue)強烈,因(yin)此多股(gu)射流流(liu)場中會(hui)有🚶‍♀️射流(liu)運動😄方(fang)向偏轉(zhuan)的現象(xiang)發生(8]參(can)考雙股(gu)射流的(de)流動特(te)征對多(duo)✉️孔孔闆(pan)的流場(chang)進行🆚了(le)區域劃(hua)分，如圖(tu)2所示。
 
2多孔孔(kong)闆流量(liang)傳感器(qi)結構和(he)參數定(ding)義，
　　多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gan)器的簡(jian)化示意(yi)圖如圖(tu)3所示,其(qi)中d1爲環(huan)形排列(lie)孔内緣(yuan)與中心(xin)節流孔(kong)外緣之(zhi)間的最(zui)小距離(li);d2爲環形(xing)排列孔(kong)外緣與(yu)管壁之(zhi)間的最(zui)小距離(li);D爲多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gan)器🐕口徑(jing);D1爲中心(xin)節流孔(kong)的直徑(jing);D2爲環狀(zhuang)排列孔(kong)的直徑(jing);D3爲環狀(zhuang)排列孔(kong)圓心所(suo)在圓的(de)直徑;τ爲(wei)環狀排(pai)🏃‍♂️列孔中(zhong)相鄰孔(kong)邊緣的(de)最小距(ju)離;P1、P2爲多(duo)孔孔闆(pan)的安裝(zhuang)定位标(biao)志，當位(wei)置P1與上(shang)/下遊取(qu)壓孔在(zai)一條直(zhi)線💞上時(shi)爲安裝(zhuang)方式一(yi),當位置(zhi)P2與上/下(xia)遊取壓(ya)孔在一(yi)條直線(xian)上時爲(wei)安裝方(fang)式二;1爲(wei)多孔孔(kong)闆的厚(hou)度。
 
　　定義s爲(wei)相對人(ren)射間距(ju),其計算(suan)式爲:
 
3實(shi)驗結果(guo)分析
　　爲(wei)了分析(xi)多孔孔(kong)闆結構(gou)參數對(dui)多孔孔(kong)闆計量(liang)性能的(de)✍️影響,設(she)計了不(bu)同形式(shi)的實驗(yan)樣機(圖(tu)4),各樣機(ji)的具體(ti)結構參(can)數見表(biao)1。實流實(shi)驗在兩(liang)種孔闆(pan)安裝💋方(fang)式下進(jin)行,并🔅且(qie)在同一(yi)流量範(fan)圍内利(li)用稱重(zhong)法檢定(ding)裝置對(dui)實驗樣(yang)機進行(hang)标定,實(shi)驗結果(guo)見表2。在(zai)仿真計(ji)算中,按(an)照實流(liu)實🤩驗方(fang)法利用(yong)SSTk-w湍流模(mo)型對🤞實(shi)驗樣機(ji)進行仿(pang)真計算(suan)[9.10],計算結(jie)果與實(shi)流實驗(yan)結果的(de)相對誤(wu)差在5%以(yi)内。因此(ci)仿真計(ji)算結果(guo)可以對(dui)多孔孔(kong)闆流量(liang)傳感器(qi)實流實(shi)驗結果(guo)進🈲行合(he)理分析(xi)。
 
3.1s對多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gan)器安裝(zhuang)位置的(de)影響
　　結(jie)構參數(shu)s=t/D2。從表1、2的(de)實驗結(jie)果可以(yi)看出，當(dang)參數s較(jiao)小時(s≤0.34),在(zai)😘兩種安(an)😍裝方式(shi)下測得(de)的流出(chu)系數平(ping)均值的(de)🚶‍♀️相對誤(wu)差Ec較小(xiao)♈(Ec≤0.23%),說明多(duo)孔孔闆(pan)流量傳(chuan)感器的(de)安:裝位(wei)置變化(hua)對計量(liang)結果影(ying)響較小(xiao);當參🔞數(shu)s較大時(shi)(s≥0.72),在兩種(zhong)安裝方(fang)式下測(ce)🚶得的流(liu)出系數(shu)平均值(zhi)的相對(dui)誤差Ec較(jiao)大(Ec=2.35%),說明(ming)多孔孔(kong)闆流量(liang)傳感器(qi)的安裝(zhuang)位置變(bian)化對計(ji)量♈結果(guo)影響較(jiao)大。
3.2d2對多(duo)孔孔闆(pan)流量傳(chuan)感器計(ji)量性能(neng)的影響(xiang)
　　從實驗(yan)結果可(ke)以看出(chu):
a.當參數(shu)s≤0.34時,樣機(ji)a、b、c、d、e的流出(chu)系數C随(sui)着參數(shu)d,的減小(xiao)而增🌂大(da);
b.當參數(shu)s(s=0.99)較大時(shi)(如樣機(ji)f),d2=0.0425D,是所有(you)樣機中(zhong)的最小(xiao)值,但流(liu)出系
數(shu)C也最小(xiao)。
3.3d,對多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gan)器性能(neng)的影響(xiang)
　　當結構(gou)參數d1在(zai)較小的(de)範圍内(nei)(0.0450D≤D1≤0.0750D)變化時(shi),流出系(xi)數的🔞線(xian)🔴性度較(jiao)好🌐，約爲(wei)0.5%,如樣機(ji)a、b、c;當d1(d1≥0.1050D)較大(da)時(如樣(yang)機d、e、f),流出(chu)系‼️數C的(de)線性度(du)在🌏0.8%以上(shang)。以具有(you)相同厚(hou)度l的樣(yang)機a、b、d、e爲例(li)來分析(xi)上述實(shi)驗結果(guo)。節流式(shi)♋流量傳(chuan)😘感器差(cha)壓信号(hao)的穩定(ding)🥵性主要(yao)是受節(jie)流件下(xia)遊的旋(xuan)🔞渦影響(xiang),多孔孔(kong)闆下遊(you)的旋渦(wo)主要由(you)壁面旋(xuan)渦區和(he)射流間(jian)👅旋渦區(qu)組成。由(you)仿真計(ji)算結果(guo)可知,當(dang)多孔孔(kong)🌈闆流量(liang)傳感器(qi)的參數(shu)s≤0.72時,壁面(mian)旋渦區(qu)與射流(liu)間旋渦(wo)區是相(xiang)互獨立(li)的，因此(ci)👅經過環(huan)狀排列(lie)孔的射(she)流對壁(bi)面回流(liu)區的旋(xuan)渦強度(du)起主導(dao)作用。由(you)實流實(shi)驗結果(guo)可知,在(zai)相同流(liu)速下,樣(yang)機a、b、d、e的流(liu)出系數(shu)随着結(jie)構參數(shu)d2的增大(da)而減小(xiao),這表明(ming)壁面處(chu)旋渦強(qiang)度随着(zhe)結構😘參(can)數dr的增(zeng)大而增(zeng)強，而線(xian)性度卻(que)随着參(can)數d2的增(zeng)大而提(ti)高。上述(shu)分析表(biao)明多孔(kong)孔闆射(she)流間的(de)旋渦是(shi)影響線(xian)性度的(de)主要因(yin)素。從圖(tu)5中可以(yi)看出,經(jing)過樣機(ji)a.b.d、e的環狀(zhuang)排列孔(kong)射流與(yu)♋中心節(jie)流孔射(she)流之間(jian)的自由(you)滞點分(fen)别在距(ju)🥵離孔闆(pan)下遊面(mian)12、17、25、.85mm位置處(chu),其中樣(yang)機d自由(you)滞點幾(ji)乎與取(qu)壓位置(zhi)重合,而(er)樣機e的(de)🍉自由滞(zhi)點遠離(li)取壓位(wei)置。這說(shuo)明環狀(zhuang)💃排列孔(kong)射流與(yu)中心節(jie)㊙️流孔射(she)流之間(jian)的旋渦(wo)的長度(du)随着結(jie)構⭐參數(shu)d,的增大(da)而增長(zhang),與文獻(xian)[6]的結論(lun)一緻。當(dang)射♋流間(jian)旋渦區(qu)長度接(jie)近取壓(ya)位置或(huo)者超出(chu)取壓🧑🏽‍🤝‍🧑🏻位(wei)置時,多(duo)孔孔闆(pan)流出系(xi)數C的線(xian)性度較(jiao)差;當射(she)🙇‍♀️流間旋(xuan)渦的長(zhang)度在離(li)取壓位(wei)置在一(yi)-定距離(li)範圍内(nei)變化時(shi),多孔孔(kong)闆流出(chu)系數C的(de)線性度(du)幾乎無(wu)變化。綜(zong)上所述(shu),結構參(can)數D1是影(ying)響多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gan)器流出(chu)系數線(xian)性度的(de)❓主要因(yin)素。
 
3.4厚度(du)l對多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gan)器計量(liang)性能的(de)影響
　　樣(yang)機b、c的厚(hou)度t不同(tong),其中樣(yang)機b的厚(hou)度t=5mm,樣機(ji)c的厚度(du)t=10mm,其他結(jie)構參數(shu)均相同(tong)。從實驗(yan)結果可(ke)以看出(chu),流出系(xi)數C随着(zhe)厚👅度t的(de)增加而(er)增大。對(dui)樣機b與(yu)c的實驗(yan)結果分(fen)析如下(xia):圖6爲樣(yang)機b、c在🥰孔(kong)闆下遊(you)P1取壓位(wei)置處的(de)速度曲(qu)線，圖中(zhong)區域I爲(wei)✌️通過環(huan)狀排列(lie)孔的速(su)度剖面(mian)。`Vb、`Vc分别表(biao)示樣機(ji)b、c流向上(shang)的平`均(jun)速度。從(cong)圖中可(ke)以看出(chu),區域I中(zhong)`Vc<`Vb。由多股(gu)射流理(li)論可知(zhi),經過樣(yang)機e環狀(zhuang)排列孔(kong)的射流(liu)對周⭕圍(wei)流體的(de)卷吸作(zuo)用較弱(ruo),因此壁(bi)面💞處旋(xuan)渦強度(du)較小,從(cong)而使流(liu)出系數(shu)C變🧡大。
4結(jie)論
4.1在不(bu)同安裝(zhuang)方式下(xia)測得的(de)流出系(xi)數平均(jun)值的相(xiang)對🚩誤差(cha)👈Ec的大小(xiao)受環狀(zhuang)排列孔(kong)之間的(de)人射間(jian)距s影響(xiang)。
4.2流出系(xi)數C受環(huan)狀排列(lie)孔人射(she)間距s、結(jie)構參數(shu)d2和厚度(du)影響,影(ying)響方式(shi)爲:當s較(jiao)小時(s<0.72),流(liu)出系數(shu)C随着參(can)數d2的減(jian)小而增(zeng)大;當s較(jiao)大時(s=0.99),流(liu)出系數(shu)C的大小(xiao)不受參(can)數d2的影(ying)♊響,其大(da)小接近(jin)⛱️相同β值(zhi)的标準(zhun)孔闆;對(dui)于具有(you)相同孔(kong)分布形(xing)式且β值(zhi)相同的(de)多孔孔(kong)闆,流出(chu)系數C随(sui)着厚度(du)?的增加(jia)而增🌈大(da)。
4.3流出系(xi)數C的線(xian)性度受(shou)參數d,的(de)影響:當(dang)D1在較小(xiao)範圍❓内(nei)變化時(shi)(0.0450D≤d1≤0.0750D),流出系(xi)數的線(xian)性度較(jiao)好(0.5%),并且(qie)幾乎不(bu)變⛹🏻‍♀️;當d,在(zai)較大範(fan)圍🏃‍♀️内時(shi)(d1≥0.1D),流出系(xi)數C的線(xian)性度變(bian)差,在0.9%以(yi)上。

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