多孔(kong)孔闆流量計 是(shì)一種節流式流(liu)量計，在圓形闆(pan)片上布置多個(gè)介質流通孔．對(dui)按照特定方式(shì)設計的多孔孔(kong)闆局部壓力🍓損(sǔn)失系數ξ和節流(liu)特㊙️性的主效應(yīng)因素進行分析(xī)，拟合出局部壓(yā)力損失系數ξ與(yu)等效直徑比β之(zhī)間的關系式，并(bing)且得出等效直(zhí)徑比β是影響多(duō)孔孔闆節流效(xiao)應的主效應因(yin)素．将A＋FlowTeK的多孔孔(kǒng)闆流量計同傳(chuán)統節流裝置進(jin)行比較，得出多(duō)孔孔闆流量計(jì)具有精度高、壓(yā)損小、需要前後(hou)直管段短等優(yōu)點．利用孔🤟分布(bù)、孔闆厚度以及(ji)擾動對多孔孔(kǒng)闆的流出系💰數(shu)Cd的影響．
　　介質經(jing)過多孔節流件(jiàn)後形成多股受(shòu)限型射流，由于(yú)多股射流之間(jian)的卷吸和摻混(hùn)，增加了流場的(de)複雜性．Taylor在1949年提(tí)出了射流卷吸(xi)假說，1986年Tumer對這個(ge)假說的發展進(jin)行了詳細說明(míng)．系統地研究了(le)🛀🏻射流入射間😄距(jù)對雙股🤞射流彙(hui)聚🏃🏻區和聯合區(qu)流動結構的影(yǐng)響📱；利用PIV技術在(zài)入射速度不🙇🏻同(tóng)的情況下對雙(shuang)股平行射流的(de)卷吸效🈲應、湍流(liú)強度、速度剖面(miàn)以及雷諾應力(lì)進行了研究．利(li)用PLIF技術對平行(hang)雙股射流流場(chǎng)中的混合區進(jìn)行測量🈲．長期以(yǐ)來研究人員分(fèn)别從理論分析(xī)、實驗測量和數(shù)值模拟方面對(duì)多股射流進行(hang)了大量的工作(zuo)，對流場中的一(yī)些流動特性和(hé)流動機理取得(dé)了豐富的成果(guǒ)．利用多股射流(liu)理論和實驗相(xiang)結合的方法對(duì)多孔孔闆🔴計量(liàng)精度的影響☀️因(yin)素．
1結構與工作(zuo)原理
　　多孔孔闆(pǎn)流量計的簡化(huà)結構如圖1所示(shì)，即在封閉🌂的🌈管(guan)道内同軸安裝(zhuāng)多孔孔闆，來流(liú)方向如圖1（a）中箭(jiàn)頭所❗示，采用壁(bi)面取壓方🚩式．

不可壓(ya)縮流體的體積(ji)流量計算公式(shì)爲

　　式中：qV爲體積(ji)流量，m3/s；Δp爲差壓，爲(wei)影響流出系數(shù)Cd的關鍵因素，Pa；Cd爲(wèi)流出系數，無量(liang)綱，該參數是從(cóng)實驗中獲得；ρ爲(wèi)流體密♉度，kg/m3；β爲等(děng)效直徑比；ds爲節(jiē)流孔的等效直(zhi)徑．
2影響計量精(jing)度的因素分析(xi)
　　圖2爲管徑100,mm、β=0.6的多(duo)孔孔闆流量計(jì)在雷諾數爲52×10的(de)條件下的内☂️部(bù)流場的速度矢(shi)量圖，在上下遊(yóu)取壓口處🍓取截(jie)面Ⅰ和Ⅱ，根據不可(ke)壓縮👈流體的伯(bó)努利方程

　　式中(zhōng)：p1和p2分别爲截面(miàn)Ⅰ和Ⅱ處的靜壓力(li)；v1和v2分别爲截面(miàn)Ⅰ和Ⅱ處的平均速(sù)度；ξ爲局部壓損(sǔn)系數；表示截面(mian)Ⅰ和Ⅱ處的動能變(bian)化量；表示内能(neng)損失，與多孔孔(kǒng)闆結構相關．根(gen)據動能
第2表達(dá)式得

式中：ω爲渦(wo)量；v爲速度矢量(liang)；r爲觀測點與旋(xuan)轉中心之間的(de)矢徑．
　　各流量點(diǎn)下流出系數Cd的(de)線性度是衡量(liàng)多孔孔闆計量(liang)精度的評價指(zhi)标，由式(2)、式(5)、式(6)可(ke)知，流出系數Cd主(zhu)要受渦量影響(xiang)✊．

　　介質經過多(duo)孔孔闆後形成(chéng)多股受限型射(shè)流，射流自孔口(kou)👅出射後與周圍(wéi)靜止流體間形(xing)成速度不連續(xù)的間斷面，間斷(duan)面失穩而産生(shēng)漩渦．漩渦卷吸(xi)周圍流體🌈進入(rù)到射流，同時不(bú)斷移動、變😍形、分(fen)裂産生紊動，其(qí)影響逐漸向内(nèi)外發展📧形成内(nei)外兩個自由紊(wěn)動的剪切層．自(zi)由剪切層中的(de)漩渦💜通過分裂(liè)、變形、卷吸和合(hé)💞并等物理過程(cheng)，除了形成大量(liang)的随機🌂運動小(xiǎo)尺度紊動㊙️渦體(ti)外，還存在一部(bu)分有序的大尺(chǐ)度渦結構．大尺(chǐ)度渦的拟序結(jie)構由縱向渦和(hé)展向渦組成，其(qi)中展向渦👣結構(gòu)對剪切層的發(fā)展控制起主要(yao)作用，對紊流的(de)産生、能量的傳(chuan)遞、動量輸運和(hé)紊動摻混等産(chan)生直接影響[12-14]，因(yin)此，大尺度的展(zhan)向✂️渦結㊙️構是影(ying)響多孔孔闆流(liú)量計計量性能(néng)的關鍵因素．
　　大(da)尺度渦對周圍(wéi)流體有強烈的(de)卷吸作用，使周(zhou)圍流體随射流(liú)而運動，增加了(le)射流的總質量(liàng)．卷吸量是反映(ying)射流卷吸作用(yòng)強弱的标準，其(qi)大小與剪切層(ceng)中大尺度渦的(de)發展演化過程(chéng)及強✔️度相關．在(zài)管壁的約束下(xia)，介質進入多孔(kǒng)孔闆後形成💰的(de)射流隻❗能卷吸(xī)有限💋的環境流(liú)體♌．在靜壓差的(de)影響下，射流❄️間(jian)以及射流與壁(bì)面之間産生回(huí)流，回流區的尺(chǐ)寸由流通孔📞之(zhi)間的間距決定(ding)．由連續性方程(cheng)可知，管道🈲中任(ren)一與流向垂直(zhi)截面上的質量(liàng)通量與管道入(ru)口處的質量通(tōng)量相等，從而可(kě)以得出漩渦的(de)卷🌈吸流量與回(hui)流通量相等的(de)結論．因此，利用(yong)回流通量來表(biǎo)征漩渦卷吸作(zuo)用的強度，從而(er)揭示漩渦的卷(juàn)吸作用對流量(liàng)計計量精度的(de)影響規律．
3設計(ji)實驗
　　由于要利(li)用回流通量來(lai)揭示大尺度渦(wo)對流量計👄計量(liang)精度🆚的影響規(gui)律，因此需要獲(huò)取多孔孔闆流(liu)量計♊内部流場(chǎng)的真實信息．對(dui)不同形式樣機(ji)進行實驗與CFD仿(páng)真，利用實驗結(jié)果及🌈射流理論(lùn)驗證仿真精度(du)
實流實驗

　　該實(shi)驗是在天津大(da)學流量實驗室(shi)水流量裝置上(shang)完成的🔅，該裝置(zhì)使用稱重法檢(jiǎn)定，其不确定度(dù)爲0.05%，流🏃🏻‍♂️量穩定性(xìng)0.1%，流量🤟範圍5～300,L/h．文獻(xian)[14]對實驗裝置進(jin)行了詳細說明(ming)，實驗裝置如圖(tú)3所示．爲了保證(zheng)獲取準确的差(chà)壓信号，在實驗(yan)過程采用

3.2仿真(zhēn)實驗
　　多孔孔闆(pan)流量計流場情(qing)況較爲複雜，這(zhè)就要求湍流計(jì)算模型對含有(you)大量漩渦及剪(jiǎn)切層的流場具(ju)有較好的計算(suan)效果；多孔🐅孔闆(pǎn)流量計采用壁(bì)面取壓方式，該(gai)取壓方式要求(qiú)湍流計算模型(xing)對近壁區域有(you)較好的計算效(xiào)果．選擇SST(剪切應(ying)力傳㊙️輸)k-ω湍流模(mo)型．該模型是由(yóu)Menter提出的雙方程(cheng)湍流模型，集成(cheng)了Standardk-ω模🏃‍♀️型與Standardk-ε模型(xing)的特點．不但在(zài)近壁區域及尾(wei)流有㊙️很好的預(yu)測效果，而且在(zài)高雷⛹🏻‍♀️諾數流動(dong)區域和剪切層(ceng)中⛷️有較好的預(yu)測效⛹🏻‍♀️果[15-17]．文獻[18]對(duì)多孔孔闆💔的仿(pang)真計算進行了(le)詳細描述．
　　爲了(le)能夠較爲全面(mian)地反映流場中(zhong)回流通量的分(fèn)布規律，在仿🐇真(zhen)計算結果的後(hou)處理中截取多(duō)個徑向截面，該(gāi)截面位于👉多孔(kong)孔闆下遊具有(yǒu)回流的區域中(zhong)，提取整個截面(miàn)上的軸向🌈速度(du)．爲了求出各截(jie)面上的回🌏流通(tōng)量，利用delaunay三角化(hua)函數将整個截(jie)面上坐标點重(zhòng)構🌍成三角形網(wǎng)格，計算每個網(wǎng)格的面積及通(tōng)過該網格的法(fa)向速度，如圖5所(suo)示，其中圖5(a)的坐(zuo)🐆标爲管道徑向(xiàng)位置，單位爲m．
回(huí)流通量的計算(suan)公式爲
Qt=∑Aivi(7)
式中：iv表(biao)示與流向相反(fǎn)的速度；iA表示法(fǎ)向速度與流🔞向(xiang)相反的單元格(ge)面積．
3.3仿真結果(guǒ)驗證
　　結合多股(gu)射流理論及實(shí)流實驗對仿真(zhēn)結果進行定性(xìng)和🈲定量驗證，從(cóng)表1中可以看出(chū)仿真計算結果(guǒ)與實流實驗結(jié)果的🏃‍♀️相對🏃🏻誤差(cha)在5%以内，表中ε爲(wèi)仿真👨‍❤️‍👨流出系數(shu)CCFD與實驗流出系(xi)數CEXP的♉相對誤差(cha)，表達式爲。圖6～圖(tú)8分别是樣機C速(sù)度雲圖、湍流強(qiáng)度雲圖、渦量雲(yun)圖，從圖中📞可以(yǐ)看出介質經過(guò)多孔孔闆後形(xing)成多股受限型(xíng)射流，射流之間(jian)相互卷吸而産(chǎn)生會聚，最終合(hé)成⭐一股射流；射(shè)流‼️之間和射流(liu)與壁面之間有(you)🐆回流産生；湍流(liu)強度最大的位(wèi)置在射流的剪(jian)切層中；在剪切(qie)層中産生大尺(chi)度展向渦．上述(shu)現象與文獻[10]描(miao)述一緻．因🐅此，仿(páng)真計算結果與(yu)真實流動狀況(kuàng)吻合．


1160-13
4數據處理(li)
4.1實驗數據處理(li)
　　 節流式流量計(ji) 的線性度δl及重(zhòng)複性σ是評價流(liu)量計性能的重(zhong)要指标，δl越小計(ji)量精度越高，σ越(yue)大穩定性越差(chà)，表達式分♻️别爲(wèi)🐅

　　從圖9中可以看(kàn)出，實驗樣機的(de)σi均随着雷諾數(shu)Re的增大而減小(xiǎo)，當⭐Re增大到一定(ding)程度時，σi接近常(chang)數，并且樣機A的(de)σ值最大，樣機B次(cì)🔴之，樣🎯機C最小．從(cong)圖10中可以看出(chu)，随着Re的🌏增大，流(liú)出系數Cd由波動(dong)較大發展到接(jiē)近某一常數．流(liu)⁉️出系數Cd接㊙️近常(chang)數的流速區間(jian)爲流量計的量(liàng)程範圍，線性度(dù)δl表征在量程範(fàn)圍内的計量精(jīng)👄度．樣機A在6∶1的量(liang)程範圍内δl=0.91%；樣機(jī)B在8∶1的量程範圍(wei)内δl=0.75%；樣機C在15∶1的量(liang)🛀🏻程範圍内δl=0.57%．

4.2回流(liú)通量數據處理(lǐ)
　　圖11～圖13爲實驗樣(yang)機在不同流速(sù)下的回流通量(liang)随流向距離的(de)變化曲線，圖中(zhong)以無量綱值Qr/Qv作(zuo)爲縱坐标🌂，表征(zhēng)回流通量的大(da)小，Qr爲回流通量(liàng)，Qv爲管道入口流(liú)🐪量．從圖💯中可以(yǐ)看出，在各流速(su)點下無量綱值(zhí)Qr/Qv沿流向呈抛物(wu)線變化，并且各(ge)樣機📧的Qr/Qv的最大(da)值出現位👉置固(gu)定；随着流速的(de)增加，Qr/Qv增加，當流(liu)速增加到某一(yi)值時，Qr/Qv沿流向的(de)分布曲線重合(hé)．因此，Qr/Qv從沿流向(xiàng)的非相似分布(bù)♉過渡到相似分(fèn)🌍布．在非相似分(fèn)布速度區間中(zhōng)，各流速點下的(de)回流通量沿流(liú)向分布差異較(jiào)大；而在相👣似分(fèn)布速度區間中(zhōng)，各流速點下的(de)回流通量沿流(liú)向分布重合．非(fei)相似分布與相(xiang)☁️似分布之間一(yī)定存在一個臨(lin)界速度點vc，vc的取(qǔ)值與樣機的結(jie)🈲構相🍉關，樣機A的(de)cv取值是1.25,m/s，樣機B的(de)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(fen)🏃🏻‍♂️别爲樣機A、B、C的Qr/Qv的(de)非相似分布速(sù)度區間；v≥1.25m/s、v≥0.70m/s、v≥0.50m/s分别爲(wèi)樣機A、B、C的Qr/Qv的相似(sì)分布速度區間(jiān)⛹🏻‍♀️．

　　樣機結構不同(tong)，在相同速度點(diǎn)下的Qr/Qv不同．圖14與(yu)圖15分🐕别爲樣機(ji)A、B、C在流速v=0.3m/s和v=2.0,m/s時的(de)回流通量沿流(liu)向的分布🐉曲線(xian)．在v=0.3m/s時，樣機A、B、C的回(huí)流通量沿流向(xiàng)呈非相似分布(bu)；在v=2.0,m/s時，樣♌機A、B、C的回(hui)流通量沿流向(xiang)呈相似🍉分布．在(zài)這兩個速度點(dian)下，樣機A的Qr/Qv最大(dà)，樣機B次之，樣機(ji)C最小．

4.3結果分析(xi)
　　從數據處理的(de)結果可以看出(chū)回流通量與多(duo)孔孔闆流量計(ji)🐆的計量性能之(zhī)間具有較強的(de)規律性．
　　對于同(tóng)一塊多孔孔闆(pan)流量計，在v<vc這一(yi)流速區間内，各(ge)流速點下的回(huí)流通量Qr沿流向(xiàng)呈非相似分布(bu)，流🚶出系數Cd波♈動(dòng)較🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大且重複性(xing)σ較低；在v≥vc這一流(liu)速區間内，各流(liu)速點下的回流(liu)通量Qr沿流向呈(chéng)相似分布，流出(chū)系數Cd的線性度(du)δl較小且重複性(xìng)σ較高．這♍說明在(zai)低流速下，湍流(liu)脈動頻率低📐，大(da)尺度漩渦的運(yùn)動過程對差壓(yā)信号影響明顯(xiǎn)；在流速較高時(shi)，湍流脈動頻👈率(lǜ)增強，大尺度漩(xuán)渦的運動過程(cheng)對✉️差壓信号影(ying)響程度減弱．
　　對(duì)于不同多孔孔(kong)闆流量計，在v＜vc流(liu)速區間内的相(xiang)同♍速度🚶‍♀️點下，流(liú)出系數Cd的重複(fú)性随回流通量(liàng)的增大而降低(di)，各樣機的臨界(jiè)速度vc随回流通(tong)量的增加而升(shēng)高，即量程範圍(wei)随回流通量的(de)增加而減小；在(zài)v≥vc的流速區間内(nei)，流出系數Cd的線(xian)性度δl随回流通(tong)量的增加而增(zeng)大．
5結語
　　流體通(tōng)過多孔孔闆後(hòu)産生的回流通(tong)量可以作爲多(duō)孔孔闆流量計(ji)的計量性能的(de)優化指标．回流(liú)通量随流速🎯的(de)變化呈非相似(sì)性分布與相似(sì)性分布，兩種分(fèn)布狀态🐉之間存(cún)在臨界速度vc，vc的(de)大小與多孔孔(kǒng)闆的結構相關(guān)，vc越小，量程範㊙️圍(wei)越寬；當回流通(tōng)量💛沿流向呈非(fei)相似性分布時(shí)，同一塊多孔孔(kong)闆在相☀️同流速(su)點下的流出系(xi)數Cd重複性較差(chà)，在不同流速下(xia)流出系數Cd波動(dong)🌈較大；當㊙️回流通(tōng)量沿流向分布(bu)具💘有✨相似性時(shi)，同一塊多孔孔(kong)闆在相同流速(sù)點下的流出系(xì)數Cd重複性較好(hao)，在不同流速下(xia)流出系🔞數Cd線性(xing)度較高；并且不(bu)同結構的多孔(kǒng)孔闆在相同流(liú)速點下的回流(liu)通量越小，流量(liang)計的計量性能(neng)越高．利用該🧑🏾‍🤝‍🧑🏼方(fang)法優化多孔孔(kong)闆流量計不但(dan)可以降低成本(běn)、容易實🤞現，而且(qie)對優化其他形(xíng)式的節流式流(liú)量計具有一定(ding)的意義．

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