多孔孔(kong)闆流量計 是一種(zhǒng)節流式流量計，在(zài)圓形闆片上布置(zhi)多個介質🈚流通孔(kong)．對按照特定方式(shì)設計的多孔孔闆(pǎn)局部壓力損失👨‍❤️‍👨系(xi)數ξ和節流特性的(de)主效應因素進行(háng)分析，拟合出局部(bù)壓力損失系數ξ與(yǔ)等效直徑比β之間(jiān)的關系式，并且得(de)出等效直徑比β是(shi)影響多孔孔闆節(jiē)流效應的主效應(ying)因素🛀．将A＋FlowTeK的多孔孔(kong)闆流量計同🐕傳統(tǒng)節流裝置進行比(bi)較，得出多孔孔闆(pǎn)流量計具有精度(du)高、壓損小、需要前(qian)後直管段🧡短等優(yōu)點．利用孔分布、孔(kong)闆厚度以及擾動(dong)對多孔孔闆👌的流(liú)出系數Cd的影響㊙️．
　　介(jie)質經過多孔節流(liu)件後形成多股受(shou)限型射流，由于多(duo)股射流之間的卷(juàn)吸和摻混，增加了(le)流場的複雜性．Taylor在(zai)1949年提出了射流卷(juan)♋吸假說，1986年Tumer對這個(gè)假說的發展進行(hang)了詳細說明．系統(tǒng)地研究了射流入(rù)射間距對雙股射(shè)流彙聚區和聯合(hé)區流動結構的影(yǐng)響；利用PIV技術在入(rù)射速度不✨同的情(qing)況下對雙股平行(háng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻射流的卷吸效應(yīng)、湍流強度、速度剖(pōu)面以及雷諾應力(lì)進行了研究．利用(yòng)PLIF技術對平行雙💁股(gǔ)射流流場中的混(hun)合區進行測量🐕．長(zhang)期以來研究人員(yuán)🏃‍♂️分别從理💞論分析(xi)、實驗測量和數🔞值(zhí)模拟💚方面對多股(gu)射⭐流進行了大量(liang)的工作🌈，對流場中(zhōng)的一些流動特性(xing)和流動機理取得(dé)了豐富的成果😍．利(li)用多股射流理論(lun)和👣實驗相結合的(de)方法對多孔孔闆(pǎn)☁️計量精度的影響(xiang)因素．
1結構與工作(zuo)原理
　　多孔孔闆流(liú)量計的簡化結構(gou)如圖1所示，即在封(feng)閉🌈的管道内同軸(zhóu)安裝多孔孔闆，來(lai)流方向如圖1（a）中箭(jiàn)頭所示，采用壁面(miàn)取壓方式．

不可壓縮流體的(de)體積流量計算公(gong)式爲

　　式中：qV爲體積(ji)流量，m3/s；Δp爲差壓，爲影(yǐng)響流出系數Cd的關(guān)鍵🏃‍♂️因素，Pa；Cd爲流出💞系(xì)數，無量綱，該參數(shù)是從實驗中獲得(dé)💰；ρ爲流體密度，kg/m3；β爲等(deng)效直徑比；ds爲節流(liu)孔的等效直徑🏃🏻．
2影(ying)響計量精度的因(yin)素分析
　　圖2爲管徑(jìng)100,mm、β=0.6的多孔孔闆流量(liàng)計在雷諾數爲52×10的(de)條件📞下的内部🔞流(liú)場的速度矢量圖(tú)，在上下遊取壓口(kou)處取截面Ⅰ和Ⅱ，根據(ju)不可壓縮流體的(de)伯努利方程

　　式中(zhong)：p1和p2分别爲截面Ⅰ和(he)Ⅱ處的靜壓力；v1和v2分(fen)别爲截面Ⅰ和Ⅱ處✉️的(de)平均速度；ξ爲局部(bu)壓損系數；表示截(jie)面Ⅰ和Ⅱ處的動能變(biàn)化量；表示内能損(sǔn)失，與多孔孔闆結(jié)構相關．根據動能(neng)
第2表達式得

式中(zhōng)：ω爲渦量；v爲速度矢(shǐ)量；r爲觀測點與旋(xuan)轉中心之間的矢(shǐ)徑．
　　各流量點下流(liú)出系數Cd的線性度(dù)是衡量多孔孔闆(pan)計量精度的評價(jia)指标，由式(2)、式(5)、式(6)可(ke)知，流出系數Cd主要(yao)受渦量影響．

　　介質經(jing)過多孔孔闆後形(xíng)成多股受限型射(shè)流，射流自👨‍❤️‍👨孔口出(chū)射後與周圍靜止(zhǐ)流體間形成速度(dù)不連續的📞間斷面(mian)，間斷面失穩而産(chǎn)生漩渦．漩渦卷吸(xī)周圍流體💛進入到(dao)射流，同時不斷移(yi)動、變形、分裂産生(shēng)紊動，其影響逐漸(jian)向🌈内外發展形成(cheng)内外兩個自由紊(wen)動的剪切層．自由(you)剪切🏃🏻層中的漩渦(wō)✊通過分裂、變💯形、卷(juan)吸和合并♈等物理(lǐ)過程，除了形成大(dà)量的随機運動小(xiao)尺度紊動渦體外(wài)，還存在一部分有(yǒu)序的大🔞尺💔度渦結(jié)構．大尺度渦的拟(nǐ)序結構由縱向渦(wo)和展向渦組成，其(qí)中展向渦結構對(duì)剪切層的發展控(kòng)制起主要作用，對(duì)紊㊙️流的産生、能量(liang)的傳遞、動量輸運(yùn)和紊動摻混等産(chǎn)生直接影⛱️響[12-16]，因此(cǐ)，大尺度的展向渦(wō)結構是影響多孔(kǒng)孔闆流量🌏計計量(liang)性能的關鍵🔴因素(sù)．
　　大尺度渦對周圍(wei)流體有強烈的卷(juan)吸作用，使周圍流(liú)🈲體随射🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流💔而運動(dong)，增加了射流的總(zǒng)質量．卷吸量是反(fan)映射流卷吸作用(yong)強弱的标準，其大(da)小與剪切層中大(dà)㊙️尺度渦的發展演(yan)化過程及強度相(xiang)關．在管壁的約束(shu)⛱️下，介質進入多孔(kong)孔闆後形成的射(shè)流隻能卷吸有限(xiàn)的環境流體．在靜(jìng)壓差的影響下，射(she)流🐇間以及射流❌與(yǔ)壁面之間産生回(huí)流，回流區的尺寸(cùn)由流通孔之間的(de)💯間距決定．由連續(xu)性方程可知，管道(dào)中任一與流向垂(chuí)直截面上的質量(liàng)通量與管道入口(kǒu)處的質量通量相(xiang)等，從而可以得出(chū)漩渦的卷吸流量(liang)與回流通量相等(deng)😄的結論．因此，利用(yòng)回流通🈚量來表征(zheng)漩渦卷吸作用的(de)強度，從而揭示漩(xuan)渦的卷吸作用對(dui)流量計計量精度(dù)的❗影響規律．
3設計(jì)實驗
　　由于要利用(yòng)回流通量來揭示(shi)大尺度渦對流量(liàng)計計量精度的影(yǐng)響規律，因此需要(yào)獲取多孔孔闆流(liu)量計内部流場的(de)真實信息．對不同(tóng)形式樣機進行👅實(shí)驗與CFD仿真，利用實(shi)驗結果及射流理(lǐ)論驗證仿真精度(du)
實流實驗

　　該實驗(yan)是在天津大學流(liú)量實驗室水流量(liang)裝置上完🏃🏻成的，該(gāi)裝置使用稱重法(fǎ)檢定，其不确定度(dù)爲0.05%，流量穩🈲定性0.1%，流(liu)量範圍5～300,L/h．文獻[14]對實(shí)驗裝置進行了詳(xiang)細⭕說明，實驗裝置(zhì)如圖3所💜示．爲了🐇保(bao)證獲取準确的差(chà)壓信号，在實驗過(guo)程采用

3.2仿真實驗(yan)
　　多孔孔闆流量計(jì)流場情況較爲複(fú)雜，這就要求湍✊流(liú)計算模型對含有(yǒu)大量漩渦及剪切(qiē)層的流場具有較(jiao)好的🔞計算✔️效果；多(duō)孔孔闆流量計采(cǎi)用壁面取壓方式(shi)，該取壓方式要♻️求(qiu)湍流計算模型對(duì)近壁區域有較好(hǎo)的計算效果．選擇(ze)SST(剪切應力傳輸)k-ω湍(tuān)流模型．該模型是(shi)由Menter提出的雙方程(cheng)湍流模型，集成了(le)Standardk-ω模型與Standardk-ε模型的💃特(tè)點．不但在近壁❤️區(qū)域及尾流有很好(hao)的預測效果，而且(qiě)在高雷諾數流動(dòng)區域和剪切層中(zhong)有較好的預測效(xiào)果[15-17]．文獻[18]對多孔孔(kǒng)闆㊙️的仿真計💜算進(jin)行了詳細描述．
　　爲(wèi)了能夠較爲全面(mian)地反映流場中回(hui)流通量的分布規(guī)律，在仿真計算結(jie)果的後處理中截(jie)取多個徑向截面(miàn)，該截面位于多孔(kǒng)孔闆下遊具有回(hui)流的區💋域中，提取(qu)整個截面上的軸(zhóu)向🏃速度．爲🈲了求出(chu)各截面上的回流(liú)通量，利用delaunay三角化(huà)函數将整個截面(miàn)上🔴坐标點重構成(chéng)三角形網格，計算(suàn)每個📧網格的面積(jī)及通過該網格的(de)法向速度，如圖5所(suo)示，其中圖5(a)的坐标(biao)爲管道徑向位置(zhì)，單位爲m．
回流通量(liang)的計算公式爲
Qt=∑Aivi(7)
式(shì)中：iv表示與流向相(xiàng)反的速度；iA表示法(fǎ)向速度與流🈲向相(xiang)反的單🌈元格面積(ji)．
3.3仿真結果驗證
　　結(jié)合多股射流理論(lun)及實流實驗對仿(páng)真結果進行定性(xing)和定量驗證，從表(biǎo)1中可以看出仿真(zhen)計算結果💰與實🏃‍♀️流(liu)實驗結果的相對(duì)誤差在5%以内，表中(zhōng)ε爲仿真流出系數(shu)CCFD與實驗流出系數(shù)CEXP的相對誤差，表達(da)式爲。圖6～圖8分别是(shi)樣機C速度雲圖、湍(tuan)流強度雲圖、渦量(liàng)雲圖，從圖中可🏃🏻‍♂️以(yǐ)看出介質經過多(duō)孔孔闆後形成多(duo)💁股受💃🏻限型射流，射(she)流㊙️之間相互卷吸(xi)而産生會聚，最終(zhōng)合成一股射流；射(she)流👅之間和射流與(yǔ)壁面之間有回流(liú)産生；湍流強度最(zuì)大的位置在射流(liú)的剪切層🐪中；在剪(jiǎn)切層中産生大尺(chǐ)度展向渦．上述現(xiàn)象與文獻[10]描述一(yi)緻．因🏒此，仿真計算(suan)結🤟果與真實流動(dòng)狀況吻合．


1160-13
4數據處(chu)理
4.1實驗數據處理(li)
　　 節流式流量計 的(de)線性度δl及重複性(xìng)σ是評價流量計性(xìng)能的重要指标⁉️，δl越(yuè)😍小計量精度越高(gāo)，σ越大穩定性越差(cha)，表達式分别爲🐪

　　從(cóng)圖9中可以看出，實(shi)驗樣機的σi均随着(zhe)雷諾數Re的增大而(ér)減小㊙️，當Re增大到一(yi)定程度時，σi接近常(cháng)數，并且樣機A的σ值(zhí)最大，樣機B次之，樣(yang)‼️機C最小．從圖10中可(kě)以看出😍，随着Re的增(zēng)大，流出系數Cd由波(bo)動☂️較大發展到接(jiē)近某🌏一常數．流出(chu)系數Cd接近常數的(de)流速區間爲流量(liang)計的量程範圍，線(xian)性度δl表征在量程(chéng)範圍🧑🏾‍🤝‍🧑🏼内的計量精(jing)♉度．樣機A在6∶1的量程(cheng)範圍内δl=0.91%；樣機B在8∶1的(de)量程範圍💞内δl=0.75%；樣機(jī)C在15∶1的量程範圍㊙️内(nèi)δl=0.57%．

4.2回流通量數據處(chù)理
　　圖11～圖13爲實驗樣(yang)機在不同流速下(xià)的回流通量随流(liu)向💁距離的變化曲(qǔ)線，圖中以無量綱(gang)值Qr/Qv作爲縱坐标，表(biao)征🏃‍♂️回流通量的大(da)🈲小，Qr爲回流通量，Qv爲(wèi)管道入口流量．從(cong)圖中可以看出，在(zai)☁️各流速點下無量(liàng)綱值Qr/Qv沿流向呈抛(pao)物線變化，并且各(ge)樣機的Qr/Qv的最大值(zhí)出現位置固定；随(sui)着流速的增加，Qr/Qv增(zeng)加，當流速增加到(dào)某一㊙️值時，Qr/Qv沿流向(xiàng)的🌂分布曲線重合(hé)．因此，Qr/Qv從沿流向的(de)非相似分布過渡(dù)到相似分布．在非(fēi)相似分布速度區(qu)間⚽中，各流速點下(xià)的回流通量沿流(liu)向分布差異較❓大(da)；而在相似分布速(sù)度區間中，各流速(sù)點下的回流通量(liàng)沿流向分布重合(he)．非相似分布與相(xiàng)似分布之間一定(ding)存在一個臨界速(su)度點vc，vc的取值與樣(yàng)機的結🐆構相關，樣(yang)機A的cv取值是1.25,m/s，樣機(ji)B的vc取值是0.70,m/s，樣機C的(de)vc取值是0.50,m/s．因此，v<1.25m/s、v<0.70,m/s、v<0.50m/s分别(bie)爲樣機A、B、C的Qr/Qv的非相(xiang)似分布速度區間(jiān)；v≥1.25m/s、v≥0.70m/s、v≥0.50m/s分别爲樣機A、B、C的Qr/Qv的(de)相似分布速度區(qu)間．

　　樣機結構不同(tong)，在相同速度點下(xia)的Qr/Qv不同．圖14與圖15分(fèn)别爲樣機A、B、C在流速(su)v=0.3m/s和v=2.0,m/s時的回流通量(liang)沿流向的分布曲(qu)線．在v=0.3m/s時，樣機💘A、B、C的回(huí)流通量沿流向呈(chéng)非相似分布；在v=2.0,m/s時(shí)，樣機A、B、C的回流通量(liàng)沿流向呈相似分(fen)布．在這兩個速度(dù)點🔞下，樣機A的🚶‍♀️Qr/Qv最大(da)，樣機♈B次之，樣機C最(zui)小．

4.3結果分析
　　從數(shu)據處理的結果可(ke)以看出回流通量(liang)與多孔孔闆流量(liang)計的計量性能之(zhi)間具有較強的規(gui)律性．
　　對于同一塊(kuai)多孔孔闆流量計(ji)，在v<vc這一流速區間(jian)内，各流速點✉️下的(de)回流通量Qr沿流向(xiàng)呈非相似分布，流(liú)出系數Cd波動較大(dà)且重複性σ較低；在(zai)v≥vc這一流速區間内(nei)，各流速點下的回(hui)流通量Qr沿流向呈(cheng)相似分布，流出系(xì)數Cd的線性度δl較小(xiao)且重複性σ較高．這(zhè)說明在低🌈流速下(xia)，湍流脈動頻率低(dī)，大尺度漩渦的運(yùn)動過程對差壓信(xìn)号影響明顯；在流(liú)速較高時，湍流脈(mo)動頻率增強，大🔞尺(chǐ)度漩渦的運動過(guò)程對差壓信号影(ying)響程度減弱．
　　對于(yu)不同多孔孔闆流(liú)量計，在v＜vc流速區間(jiān)内的相同✍️速度點(dian)下，流出系數Cd的重(zhòng)複性随回流通量(liàng)的增大而降低，各(ge)樣機❄️的臨界速度(du)vc随回流通量的增(zeng)加而升高，即量程(cheng)範圍随回流通量(liang)的增加而減小；在(zài)v≥vc的流速區間内，流(liu)出系數Cd的線性🌈度(dù)δl随回流通量的增(zēng)加而增大．
5結語
　　流(liu)體通過多孔孔闆(pǎn)後産生的回流通(tōng)量可以作爲🔴多孔(kǒng)孔闆流量計的計(ji)量性能的優化指(zhi)标．回流通量随流(liú)速的變化呈非相(xiang)似性分布與相似(si)性分布，兩種分👌布(bù)狀态之間存在臨(lin)界速度vc，vc的✊大小與(yu)多孔孔闆的結構(gòu)相關，vc越小，量程範(fan)圍越寬；當回流通(tong)量沿流向呈非相(xiang)似性分布時，同一(yi)塊多💃🏻孔孔闆在相(xiang)同流速點下的流(liú)出系數Cd重複性較(jiào)差，在不同📱流速下(xia)流出系數Cd波動🏃🏻‍♂️較(jiào)大；當回流通量沿(yán)流向分布具有👣相(xiang)似性時，同一塊㊙️多(duō)孔孔闆在相同流(liu)速點下的流出系(xì)數Cd重複性較好，在(zai)不同🤞流速下流出(chu)系數Cd線性度較高(gāo)；并且不✏️同結構的(de)多孔孔闆在相同(tóng)流速♋點下的回流(liú)通量越小，流量計(ji)的計量性能越高(gao)．利用該方法優化(hua)多孔孔闆流量計(ji)不但可以降低成(cheng)本、容易實現，而且(qie)對優化其他形式(shì)的節流式流量計(jì)具有一定的🆚意義(yi)．

以上内容來源于(yú)網絡，如有侵權請(qing)聯系即删除!