摘要：爲了提(tí)高多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qi) 的計量性能(néng),利用仿真計(ji)算與實流實(shí)驗相結合的(de)方式對多孔(kong)孔闆流量傳(chuán)感器的結構(gou)參數對計量(liang)性能的影響(xiǎng)進⛹🏻‍♀️行了研究(jiū)。利用實流實(shí)驗結果和多(duō)股射流的研(yan)究成果對仿(páng)真計算結果(guo)進行驗證,結(jié)果表明:多孔(kong)孔闆安🚩裝位(wei)置對計量結(jie)果的影響程(chéng)☎️度受相對入(rù)射間距s影響(xiang);.流出系數C受(shou)到相對入射(shè)⭐間距s、環狀排(pái)列孔所在區(qū)域的外緣與(yǔ)管壁之間的(de)最小距離d2和(he)厚度🏃‍♀️I的影響(xiang)🏃🏻;流出系數🥵C的(de)線性度主要(yào)❄️受環狀排列(lie)孔所在💔區域(yu)内緣與中心(xīn)節流孔邊緣(yuán)之間的最小(xiǎo)徑向距離d,影(ying)響。
多孔孔闆(pan)流量傳感器(qì)是在标準孔(kong)闆基礎上發(fa)展♻️起來的節(jiē)流裝置,是一(yi)個對稱的多(duo)孔圓盤。從文(wén)獻[1~3]可以看出(chū)，該流量計具(ju)有比标準孔(kǒng)闆更爲出色(sè)的😘計量性能(néng)。多孔孔闆的(de)孔排列方式(shì)及孔闆的厚(hòu)度等幾何參(cān)數決定了流(liu)量傳感器的(de)測量性能。設(shè)計⛷️了6種口徑(jing)(D=100mm、等效直徑比(bi)β=0.6)具有不同孔(kong)分布形式和(he)厚度的多孔(kǒng)孔闆。在流速(sù)範圍爲0.5~7.5m/s的工(gōng)況下,利用仿(pang)真㊙️計算與實(shí)流實驗相結(jié)合的方法對(duì)多孔孔闆的(de)幾㊙️何結構對(dui)計量性能的(de)影響進行了(le)研究。
多孔孔(kong)闆流量傳感(gǎn)器簡介
　　由射(shè)流理論可知(zhi),介質經過多(duō)孔孔闆後形(xing)成多股受限(xian)性淹沒射流(liu)，因此多股射(shè)流的研究成(chéng)果對于研究(jiū)多孔孔闆流(liu)量傳感器具(jù)有一定的指(zhǐ)導意義。多股(gu)射👉流與單股(gǔ)射流的主要(yào)區别是✍️孔間(jiān)射流射出後(hou)在其🔆相鄰兩(liǎng)股射流之間(jiān)存在相互卷(juàn)吸作用🔱,這直(zhi)接影響着流(liú)動的發生與(yu)發展過程,因(yin)此多;股🌈射流(liú)的流場比單(dān)股射流的流(liú)場要複雜很(hen)多。國内外學(xué)者通過理論(lun)分析、實驗測(ce)量和🔞數值模(mó)拟的方式對(duì)多股射流進(jìn)行了研究,目(mù)前已經對流(liú)動特性和流(liu)動機理有了(le)一定的認識(shi)。爲了便于研(yan)究，雙股射流(liu)成爲衆多學(xué)者研究多股(gu)射流的基礎(chu)。
 
　　由文獻[4~8]可知(zhī),雙股射流按(an)其流動特性(xing)可分爲會聚(ju)🚶‍♀️區和聯🌂合區(qu),如圖1所示。由(yóu)于兩股射流(liu)的卷吸和幹(gàn)擾,以緻在兩(liǎng)股✂️射流‼️的彙(hui)聚區内形成(cheng)負壓區,在該(gāi)區内存在一(yī)對穩定的旋(xuan)轉方向相反(fan)的旋渦，旋渦(wō)的長度随着(zhe)孔間間🈲距的(de)增大而增長(zhǎng)[6]。在🔞兩股射流(liú)聯合後下遊(yóu)附近速度由(yóu)會聚區内的(de)負值變爲正(zheng)🌐值,預期存在(zai)一個點,在該(gai)點的.速度爲(wei)零,這個點稱(cheng)爲自由滯✔️點(diǎn)或混合點95),通(tōng)🔴過确定該點(dian)的位置可以(yǐ)反映出會聚(jù)區内旋渦的(de)長度。射流的(de)出射速度越(yue)大,對周圍流(liu)體的卷吸作(zuo)用越💋強烈,射(she)流之間🔞的旋(xuán)✨渦也越強烈(lie),因此多股射(she)流流場中會(huì)有⭐射流運動(dong)🐇方向偏轉的(de)現象發生(8]參(cān)考💔雙股射流(liu)的流動特征(zhēng)對多孔孔闆(pǎn)的流場進行(hang)🈚了區域劃分(fen)，如圖2所示。
 
2多孔孔(kǒng)闆流量傳感(gan)器結構和參(cān)數定義，
　　多孔(kong)孔闆流量傳(chuan)感器的簡化(huà)示意圖如圖(tú)3所示,其中🍉d1爲(wèi)🌈環形排☎️列孔(kǒng)内緣與中心(xīn)節流孔外緣(yuán)之間的最小(xiao)距離;d2爲環☁️形(xíng)排列孔⛹🏻‍♀️外緣(yuán)與管壁之間(jian)的最小距離(lí);D爲多孔孔🌈闆(pan)流量傳感器(qi)口徑;D1爲中心(xin)節流孔的直(zhí)徑;D2爲環狀排(pai)列💜孔的直徑(jìng);D3爲環狀排列(liè)孔圓心所在(zài)圓的直徑;τ爲(wei)環狀排列孔(kong)中相鄰💘孔邊(biān)緣的最小距(ju)離;P1、P2爲多孔孔(kǒng)闆的安裝定(dìng)❗位标志，當位(wei)置P1與上🈲/下遊(yóu)取壓孔在一(yi)條直線🔴上時(shi)爲安裝方式(shì)一,當位置P2與(yu)上/下遊取壓(yā)孔🚶在一條直(zhi)線上時爲安(an)裝方式二;1爲(wèi)多孔孔闆的(de)厚度。
 
　　定義s爲相(xiàng)對人射間距(jù),其計算式爲(wei):
 
3實驗結果分(fen)析
　　爲了分析(xī)多孔孔闆結(jie)構參數對多(duō)孔孔闆計量(liang)性🐕能的影響(xiǎng),設計了不同(tong)形式的實驗(yàn)樣機(圖4),各樣(yang)機的具體結(jie)構參數見表(biao)1。實流實驗在(zai)兩種孔闆安(an)裝方式下進(jin)行,并且在同(tong)一流量範圍(wéi)内利用稱重(zhong)法檢定裝置(zhi)對實驗樣機(ji)進行标定,實(shi)驗結💋果見表(biǎo)2。在仿真計算(suàn)中,按照實流(liu)實驗方法利(lì)用SSTk-w湍流模型(xing)對實驗樣機(jī)進行仿真計(jì)算[9.10],計算結果(guǒ)與實流實驗(yàn)結果的相對(dui)誤差在5%以内(nei)。因此仿真計(jì)算結果可以(yi)對多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qi)實流實驗結(jie)果🔞進行合理(li)分析。
 
3.1s對多孔(kǒng)孔闆流量傳(chuan)感器安裝位(wei)置的影響
　　結(jié)構參數s=t/D2。從表(biao)1、2的實驗結果(guǒ)可以看出，當(dāng)參數s較小時(shí)(s≤0.34),在兩種安裝(zhuang)方式下測得(de)的流出系數(shù)平均值的相(xiang)對誤差Ec較小(xiǎo)(Ec≤0.23%),說明多孔孔(kong)闆流量傳感(gǎn)器的安:裝♊位(wèi)置變🌈化對計(jì)量結果影響(xiǎng)較小;當參數(shu)s較大時(s≥0.72),在兩(liǎng)種安裝方式(shì)下測得的流(liu)出👈系數平均(jun)值的相對誤(wu)差Ec較大(Ec=2.35%),說🛀🏻明(ming)多孔孔闆☔流(liú)量傳感器的(de)安裝位置🔞變(bian)化對計量結(jié)果影響較大(dà)。
3.2d2對多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qi)計量性能的(de)影響
　　從實驗(yan)結果可以看(kàn)出:
a.當參數s≤0.34時(shí),樣機a、b、c、d、e的流出(chu)系數C随着參(can)數d,的減小而(ér)增👈大;
b.當參數(shù)s(s=0.99)較大時(如樣(yàng)機f),d2=0.0425D,是所有樣(yang)機中的最小(xiao)值,但流🆚出系(xì)
數C也最小。
3.3d,對(duì)多孔孔闆流(liú)量傳感器性(xìng)能的影響
　　當(dāng)結構參數d1在(zai)較小的範圍(wéi)内(0.0450D≤D1≤0.0750D)變化時,流(liú)出系數的♊線(xian)👨‍❤️‍👨性度較好，約(yue)爲0.5%,如樣機a、b、c;當(dāng)d1(d1≥0.1050D)較大時(如樣(yàng)機d、e、f),流出系數(shù)C的線性度在(zài)0.8%以上。以具有(yǒu)相同厚度l的(de)樣機a、b、d、e爲例😄來(lai)分析上述實(shi)驗結果。節流(liú)式🔞流量傳感(gan)器差壓信💜号(hào)的穩定🌈性主(zhǔ)要是受節流(liú)件下遊的旋(xuán)渦影響,多孔(kǒng)孔闆下遊的(de)旋渦主要由(you)壁面旋渦區(qū)和射流間旋(xuan)渦區組成。由(you)仿真計算結(jié)果可知,當多(duō)孔孔闆流量(liang)傳感器的參(can)數🍓s≤0.72時,壁面旋(xuan)渦區與🥰射流(liu)間旋渦區是(shi)相互獨立的(de)，因此經過環(huán)狀排列孔的(de)射流對壁面(mian)回流區的旋(xuán)渦強度起主(zhu)導作用。由實(shí)流實驗結果(guǒ)可知,在相同(tong)流速下,樣機(ji)a、b、d、e的流出系數(shu)随着結構參(can)數d2的增大而(er)減小,這表👅明(míng)壁面處旋渦(wō)強度随着結(jie)構參數dr的增(zeng)大而增強，而(er)線性度卻随(sui)着參數d2的增(zēng)大而提高。上(shàng)述分析表明(míng)多孔孔闆射(shè)流間的旋渦(wo)是影響線性(xing)度的主要因(yin)素。從圖🔅5中可(kě)以看出,經過(guò)樣機a.b.d、e的環狀(zhuang)排列孔射流(liú)與♍中心節流(liu)孔射流之✉️間(jian)的自由滞點(dian)分别在距🏃🏻離(li)孔闆下遊面(mian)🐆12、17、25、.85mm位置處,其🈚中(zhōng)樣機d自由滞(zhi)點幾乎與取(qu)壓❗位置重合(hé),而樣機e的自(zi)由滞點遠離(li)取壓位置。這(zhe)說明環狀排(pai)列孔射流與(yǔ)中心節流孔(kǒng)射流之間的(de)✍️旋渦的長度(dù)随着結構參(can)數d,的增大而(er)增長,與文獻(xian)[6]的結論一緻(zhì)。當射流間✊旋(xuan)渦區長度接(jiē)近取壓位置(zhi)或🔴者超出取(qu)壓😘位置時♈,多(duō)孔孔闆流出(chū)系數C的線性(xìng)度較差;當射(shè)⭐流間旋渦的(de)長度在離取(qǔ)壓位置在一(yī)-定距離範👄圍(wei)内變化時🈲,多(duō)孔孔🧡闆流出(chu)系數C的線性(xing)度幾乎無變(biàn)化。綜上所述(shù),結構參數D1是(shi)影響多孔孔(kong)闆流量傳感(gǎn)器流出系數(shu)線性度的主(zhu)要因素。
 
3.4厚度(dù)l對多孔孔闆(pan)流量傳感器(qì)計量性能的(de)影響
　　樣機b、c的(de)厚度t不同,其(qi)中樣機b的厚(hòu)度t=5mm,樣機c的厚(hòu)度t=10mm,其他結構(gòu)參數均相同(tóng)。從實驗結果(guo)可以看出,流(liú)出系數C随着(zhe)厚度t的增加(jiā)而增大。對樣(yàng)機b與c的實驗(yàn)結果分析如(ru)下:圖6爲樣機(ji)b、c在孔闆下遊(yóu)P1取壓位置處(chù)的速度曲線(xian)，圖中區域I爲(wei)通過環狀排(pái)列孔的速度(dù)剖面。`Vb、`Vc分别表(biao)示樣機b、c流向(xiàng)上的💃🏻平`均速(su)度。從圖中可(kě)以看出,區域(yu)I中`Vc<`Vb。由多股射(she)流理論可知(zhī),經過樣機e環(huan)狀排列孔的(de)射流對周圍(wéi)流體的卷吸(xi)作用較弱,因(yin)此壁面處旋(xuan)渦強度較小(xiǎo)🌂,從而使流出(chū)系數C變大。
4結(jié)論
4.1在不同安(an)裝方式下測(ce)得的流出系(xi)數平均值的(de)相對🏒誤差Ec的(de)大小受環狀(zhuang)排列孔之間(jiān)的人射間距(jù)s影響。
4.2流出系(xi)數C受環狀排(pái)列孔人射間(jian)距s、結構參數(shù)d2和厚👅度影響(xiǎng),影✊響方式爲(wèi):當s較小時(s<0.72),流(liu)出系數C随着(zhe)參數d2的減小(xiǎo)而增大🤩;當s較(jiào)大時(s=0.99),流出系(xi)數C的大小不(bu)受參數d2的影(ying)響,其大小接(jie)近相同β值的(de)标準孔闆;對(dui)于具🌍有相同(tong)孔分布形式(shì)且β值相同的(de)多孔孔闆,流(liú)出系♻️數C随着(zhe)厚度?的增加(jiā)而增大。
4.3流出(chu)系數C的線性(xing)度受參數d,的(de)影響:當D1在較(jiao)小範圍内變(bian)化時(0.0450D≤d1≤0.0750D),流出系(xì)數的線性度(du)較好(0.5%),并且幾(ji)乎不變;當d,在(zài)較大💋範圍内(nèi)時(d1≥0.1D),流出系數(shù)C的線性度變(biàn)差,在0.9%以⚽上。

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