多孔(kong)孔闆流量計(jì) 是一種節流(liu)式流量計，在(zai)圓形闆片上(shang)布置多個介(jie)質🍉流通📐孔．對(dui)按照特定方(fāng)式設計的多(duō)孔孔闆局部(bù)壓力損失系(xi)數ξ和節流特(tè)性的主效應(yīng)因素進行分(fen)析，拟合出局(ju)部壓力損🐅失(shi)系數ξ與等效(xiào)直徑比β之間(jian)🐅的關系式，并(bing)且得出🚩等效(xiào)直徑比β是影(yǐng)響多孔孔闆(pǎn)節流效應的(de)♊主效應因素(sù)．将A＋FlowTeK的多孔孔(kong)闆流量計同(tong)傳統節流裝(zhuang)置進行比較(jiào)，得出😍多孔孔(kong)闆流量計具(ju)有精度高👅、壓(yā)損小、需要前(qian)後直管段🏃🏻短(duan)等優點．利用(yong)孔分布、孔闆(pan)厚度以及擾(rǎo)動對多孔孔(kong)闆的流出系(xi)數Cd的影響．
　　介(jiè)質經過多孔(kǒng)節流件後形(xing)成多股受限(xiàn)型射流，由于(yú)多股射👣流之(zhi)間的卷吸和(he)摻混，增加了(le)流場的複雜(za)性✊．Taylor在1949年提出(chu)了射流卷吸(xī)假說，1986年Tumer對這(zhè)個假說的發(fa)展進行了詳(xiáng)細說明．系統(tong)地🏃🏻‍♂️研究了射(she)流入射間距(jù)對雙股射流(liu)彙聚區和聯(lian)合區流動結(jié)構的影響♋；利(lì)用PIV技術在入(rù)射速度不💋同(tong)的情況下對(dui)雙股平行📞射(she)流的卷吸效(xiào)應、湍流強度(du)、速度剖面以(yǐ)及雷諾應力(li)進行了研究(jiu)．利用PLIF技術對(duì)平行雙股射(shè)流流場中💔的(de)混合區進行(háng)測量．長期以(yǐ)來研究人員(yuán)分别從理🤞論(lun)分析、實驗測(ce)量和數值模(mó)拟😘方面對多(duō)股射😄流進行(hang)了大量的工(gong)作，對流場中(zhōng)的一些流動(dong)特性和流動(dòng)機理取得了(le)豐富的成🏃‍♂️果(guǒ)．利用多股射(she)流理論和💔實(shí)驗🌈相結合的(de)方法對多孔(kǒng)孔闆計量精(jīng)度的影響因(yin)素．
1結構與工(gōng)作原理
　　多孔(kǒng)孔闆流量計(jì)的簡化結構(gòu)如圖1所示，即(ji)在封閉的管(guan)道内同軸安(ān)裝多孔孔闆(pǎn)，來流方向如(rú)圖1（a）中箭頭所(suo)示，采用壁面(mian)取壓方📐式．

不(bú)可壓縮流體(tǐ)的體積流量(liang)計算公式爲(wèi)

　　式中：qV爲體積(ji)流量，m3/s；Δp爲差壓(yā)，爲影響流出(chu)系數Cd的關鍵(jian)因素，Pa；Cd爲流出(chu)系數，無量綱(gāng)，該參數是從(cóng)實驗中獲得(dé)；ρ爲流體密度(dù)，kg/m3；β爲💔等效🏒直徑(jing)比；ds爲節流孔(kong)的等效直徑(jing)．
2影響計量精(jing)度的因素分(fen)析
　　圖2爲管徑(jing)100,mm、β=0.6的多孔孔闆(pǎn)流量計在雷(lei)諾數爲52×10的條(tiáo)件下💘的内部(bu)✍️流場的速度(du)矢量圖，在上(shàng)下遊取壓口(kou)處🏒取截🔞面Ⅰ和(hé)Ⅱ，根據不可壓(yā)縮流體的伯(bo)努利方程

　　式(shì)中：p1和p2分别爲(wei)截面Ⅰ和Ⅱ處的(de)靜壓力；v1和v2分(fen)别爲截面Ⅰ和(hé)Ⅱ處的💁平均速(su)度；ξ爲局部壓(ya)損系數；表示(shì)截面Ⅰ和Ⅱ處的(de)動能變化量(liàng)；表示内能損(sǔn)失，與多孔孔(kong)闆結構相關(guān)．根據動能
第(di)2表達式得

式(shi)中：ω爲渦量；v爲(wei)速度矢量；r爲(wei)觀測點與旋(xuan)轉中心之間(jiān)的矢徑．
　　各流(liú)量點下流出(chū)系數Cd的線性(xing)度是衡量多(duō)孔孔闆計量(liàng)精度的評價(jià)指标，由式(2)、式(shi)(5)、式(6)可知，流出(chū)系數Cd主要受(shòu)❤️渦量影響．

　　介質經(jing)過多孔孔闆(pan)後形成多股(gu)受限型射流(liu)，射流自孔🏃‍♀️口(kou)出射後與周(zhou)圍靜止流體(ti)間形成速度(dù)不連續的間(jiān)斷面，間斷面(mian)💘失穩🧑🏾‍🤝‍🧑🏼而産生(sheng)漩渦．漩渦卷(juàn)吸周圍流體(tǐ)進入到射流(liú)，同時不斷移(yi)動、變形、分裂(lie)産生紊動，其(qi)影響逐漸向(xiang)内外發展形(xing)成内外🥰兩個(gè)自由♻️紊動的(de)剪切層．自由(you)剪切層中的(de)漩渦通過分(fen)裂、變👣形、卷吸(xi)和合并等物(wù)理過程，除了(le)形成大量的(de)随機💜運動小(xiao)尺度紊動渦(wō)體外，還存在(zài)一部分有序(xù)的大尺度渦(wō)結構．大尺度(dù)💃🏻渦的拟序結(jié)構由😍縱向渦(wō)和展向渦組(zǔ)成，其中展向(xiang)渦🌈結構對剪(jian)切層的發展(zhan)🐆控制起主要(yao)作用，對紊🌐流(liu)的産生、能量(liang)的傳遞、動量(liang)輸運💔和紊動(dong)摻混等産生(shēng)直接影響[12-15]，因(yin)此，大尺度的(de)展向渦結㊙️構(gòu)是影響多孔(kǒng)孔闆流量計(jì)㊙️計量性能的(de)關鍵因素．
　　大(da)尺度渦對周(zhōu)圍流體有強(qiáng)烈的卷吸作(zuo)用，使周圍流(liu)體随射流而(ér)運動，增加了(le)射流的總質(zhì)量．卷吸量🌈是(shi)反映射流卷(juan)吸作用強❓弱(ruo)的标準，其大(da)小與剪切層(ceng)中大尺度渦(wo)的發展演化(huà)過程及強度(dù)相關．在管壁(bì)的約束下，介(jiè)質進入多孔(kong)孔闆後形成(cheng)💯的射流隻🌂能(néng)卷吸有限💞的(de)環境流體．在(zai)靜壓差的影(ying)響下，射流間(jian)以及射流與(yu)壁面之間産(chan)生回流，回流(liu)區的尺寸由(you)流通孔🏃‍♂️之間(jiān)的間距決定(dìng)．由連續性方(fang)程可知，管道(dao)中任一與流(liú)向垂😍直截面(mian)上的質量通(tōng)量與管道入(rù)口處的❤️質量(liàng)通量相等，從(cong)而可以得出(chū)漩渦的卷吸(xī)流量與回流(liu)通量相等✉️的(de)結論．因此，利(li)👣用回流通量(liang)來表征漩🈲渦(wō)卷吸作用的(de)強度，從而揭(jie)示漩渦的卷(juan)吸作用對流(liu)量計計量🏒精(jing)度的影響規(guī)律．
3設計實驗(yàn)
　　由于要利用(yòng)回流通量來(lai)揭示大尺度(dù)渦對流量計(jì)計量精度的(de)影響規律，因(yīn)此需要獲取(qǔ)多孔孔闆流(liu)量計内部流(liu)場的真實信(xìn)🌈息．對不同形(xíng)式樣機進行(háng)實驗與CFD仿真(zhen)，利用實驗結(jie)果及射流理(li)論驗證仿真(zhēn)精度
實流實(shi)驗

　　該實驗是(shì)在天津大學(xue)流量實驗室(shì)水流量裝置(zhi)上完成的，該(gāi)裝置使用稱(chēng)重法檢定，其(qí)不确定度爲(wei)0.05%，流量穩定性(xìng)0.1%，流量範圍5～300,L/h．文(wén)獻[14]對實驗裝(zhuāng)置進行了詳(xiang)細說明，實驗(yàn)裝置如圖3所(suǒ)示．爲了保證(zheng)獲取準确的(de)差壓信号，在(zài)實驗過程采(cǎi)用

3.2仿真實驗(yàn)
　　多孔孔闆流(liu)量計流場情(qing)況較爲複雜(zá)，這就要求湍(tuan)流計算❗模型(xíng)🔞對含有大量(liàng)漩渦及剪切(qiē)層的流場具(ju)有較☁️好的計(ji)算🥰效果🐕；多孔(kǒng)💁孔闆流量計(jì)采用壁面取(qu)壓方式，該取(qu)壓方式要求(qiu)湍流計算模(mo)型對近壁區(qu)域有較好的(de)計算效果．選(xuǎn)擇SST(剪切應力(lì)傳‼️輸)k-ω湍流模(mo)型．該模型是(shì)由Menter提出的雙(shuāng)方程湍流模(mó)型，集成了Standardk-ω模(mó)型與Standardk-ε模型的(de)特點．不但在(zai)近壁區域及(ji)尾流有很好(hao)的預測效果(guo)，而且🈲在高雷(lei)諾數流動區(qū)域和剪切層(ceng)中有較好的(de)預測效果[15-17]．文(wén)獻[18]對多孔孔(kǒng)闆🎯的仿真計(jì)算進行了詳(xiáng)細描述．
　　爲了(le)能夠較爲全(quan)面地反映流(liu)場中回流通(tōng)量的分🤟布規(gui)律，在仿真計(ji)算結果的後(hòu)處理中截取(qǔ)多個徑向截(jie)面，該截面位(wei)于多孔孔闆(pǎn)下遊具有回(huí)流的區域中(zhōng)，提🔴取整個截(jié)面上的軸向(xiàng)速度．爲了求(qiu)出各截♻️面上(shàng)的回流通量(liang)，利🐉用delaunay三角化(hua)函數将整個(ge)截面上坐标(biao)點重構成三(san)角形網格，計(jì)算每個網格(ge)的面積及通(tong)過該網格的(de)法向速度，如(rú)圖5所示，其中(zhōng)圖🔅5(a)的坐标爲(wèi)管道徑向位(wei)置，單位爲m．
回(hui)流通量的計(ji)算公式爲
Qt=∑Aivi(7)
式(shì)中：iv表示與流(liú)向相反的速(su)度；iA表示法向(xiàng)速度與流向(xiàng)相✂️反的單♌元(yuan)格面積．
3.3仿真(zhēn)結果驗證
　　結(jie)合多股射流(liú)理論及實流(liú)實驗對仿真(zhen)結果進行✉️定(ding)性和㊙️定量🐇驗(yan)證，從表1中可(ke)以看出仿真(zhen)計算結果與(yǔ)實流實驗結(jie)🏒果的相對誤(wu)差在5%以内，表(biǎo)中ε爲仿真流(liu)出系數CCFD與實(shi)驗流出系數(shù)CEXP的相對誤差(cha)，表達式爲。圖(tu)6～圖8分别是樣(yang)機C速度雲圖(tu)、湍流強度雲(yún)圖、渦量雲圖(tú)，從圖中可以(yi)看出介質經(jīng)過多孔孔闆(pan)後形成多股(gǔ)受限型射流(liu)，射流之間相(xiàng)互卷吸而産(chǎn)生會聚，最終(zhong)合成一股射(she)流；射流之間(jian)和射流與壁(bi)面之間有回(hui)流産生；湍流(liu)強度最大的(de)位🌈置在射流(liú)的剪切層🏃‍♀️中(zhong)；在剪切層😘中(zhong)産生大尺📐度(dù)展向渦．上述(shu)現象與文獻(xiàn)[10]描述一緻．因(yīn)此，仿真計算(suan)結果與真實(shí)流動⭕狀況吻(wěn)合．


1160-13
4數據處理(lǐ)
4.1實驗數據處(chù)理
　　 節流式流(liu)量計 的線性(xing)度δl及重複性(xing)σ是評價流量(liàng)計性能的重(zhong)要指标，δl越⭕小(xiao)計量精度越(yuè)高，σ越大穩定(ding)性越差，表達(da)式分别爲🔴

　　從(cong)圖9中可以看(kan)出，實驗樣機(jī)的σi均随着雷(léi)諾數Re的增大(da)而㊙️減💋小，當Re增(zēng)大到一定程(cheng)度時，σi接近常(cháng)數，并且樣機(ji)A的💔σ值最大，樣(yàng)機B次之，樣🐇機(jī)C最小．從圖10中(zhōng)可以看出，随(suí)着Re的增大，流(liú)出系數Cd由波(bo)動較大發展(zhan)到接近某一(yī)常數．流出系(xi)數Cd接近常數(shu)的♈流速區間(jiān)🔴爲流量計♉的(de)量程範圍，線(xian)性度δl表征在(zài)量程範圍内(nei)的計量精度(dù)．樣機A在6∶1的量(liang)程範圍内δl=0.91%；樣(yang)機⁉️B在8∶1的量程(chéng)範圍内δl=0.75%；樣❤️機(ji)C在15∶1的量程範(fàn)圍内δl=0.57%．

4.2回流通(tong)量數據處理(lǐ)
　　圖11～圖13爲實驗(yan)樣機在不同(tong)流速下的回(huí)流通量随流(liu)向距🌈離的變(biàn)化曲線，圖中(zhong)以無量綱值(zhí)Qr/Qv作爲縱坐标(biāo)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，表征回流通(tong)量的大小，Qr爲(wèi)回流通量，Qv爲(wei)管道入口流(liú)量．從圖中可(ke)以看出，在各(ge)流速⛱️點下無(wu)量綱值Qr/Qv沿流(liú)向呈抛物線(xian)變化，并且各(ge)樣機的Qr/Qv的最(zuì)大值出現位(wèi)置固定；随着(zhe)流速的增加(jiā)，Qr/Qv增加，當流速(sù)增加到某一(yi)值時，Qr/Qv沿流向(xiàng)的分布曲線(xian)重合．因此，Qr/Qv從(cong)沿流向的非(fei)🐆相似分布過(guò)渡到🙇🏻相似分(fèn)布．在非相似(sì)分布速度區(qu)間🈲中，各流速(su)點下的回流(liú)通量沿流向(xiang)♋分💋布差異較(jiào)👈大；而在相㊙️似(sì)分布速度區(qū)間中🚩，各流速(sù)點下的回流(liú)通量沿流向(xiang)分布‼️重合．非(fēi)相似分布與(yǔ)相似分布之(zhi)👄間一定存在(zai)一個臨界速(su)度點vc，vc的取值(zhí)與樣機的結(jié)構相關，樣機(jī)A的cv取值是1.25,m/s，樣(yàng)機B的vc取🌈值是(shi)0.70,m/s，樣機C的vc取值(zhi)📞是0.50,m/s．因此，v<1.25m/s、v<0.70,m/s、v<0.50m/s分别(bié)爲樣機A、B、C的Qr/Qv的(de)非相似分布(bù)速度區間；v≥1.25m/s、v≥0.70m/s、v≥0.50m/s分(fèn)🙇🏻别爲樣機A、B、C的(de)Qr/Qv的相似分布(bù)速度區間．

　　樣(yàng)機結構不同(tong)，在相同速度(dù)點下的Qr/Qv不同(tong)．圖14與圖15分别(bie)爲樣機A、B、C在流(liu)速v=0.3m/s和v=2.0,m/s時的回(hui)流通量沿流(liu)向的分布曲(qu)線．在v=0.3m/s時✂️，樣機(ji)A、B、C的回流通🔴量(liang)沿流向呈非(fei)相似分布；在(zai)v=2.0,m/s時，樣機A、B、C的回(huí)流通量沿流(liu)向呈相似分(fèn)布．在這兩個(ge)速度點下，樣(yàng)機A的Qr/Qv最大，樣(yang)機B次之，樣機(ji)C最小．

4.3結果分(fèn)析
　　從數據處(chu)理的結果可(kě)以看出回流(liú)通量與多孔(kong)孔闆流㊙️量計(ji)的計量性能(neng)之間具有較(jiao)強的規律性(xing)．
　　對于同一塊(kuai)多孔孔闆流(liú)量計，在v<vc這一(yī)流速區間内(nei)👉，各流速點下(xià)的回流通量(liàng)Qr沿流向呈非(fei)相似分布，流(liu)出系數Cd波動(dòng)較👌大且重複(fú)性σ較低；在v≥vc這(zhe)一流速區間(jiān)内，各流速點(dian)下的回流通(tōng)量Qr沿流向呈(chéng)相似分布，流(liu)🈲出系數Cd的線(xiàn)性度δl較小且(qie)重複性σ較高(gao)．這☁️說明在低(di)流速下，湍流(liú)💯脈動頻率低(dī)，大尺度漩渦(wo)的運動過程(cheng)對差壓信号(hao)影🧑🏽‍🤝‍🧑🏻響明顯；在(zai)流速💃🏻較高時(shi)，湍流脈動頻(pín)率增強，大🏃‍♀️尺(chǐ)度漩渦的運(yùn)動過程對差(cha)壓信号影響(xiang)程度減弱．
　　對(duì)于不同多孔(kǒng)孔闆流量計(ji)，在v＜vc流速區間(jian)内的相同👅速(su)度點下，流出(chu)系數Cd的重複(fú)性随回流通(tong)量的增大而(ér)降低，各樣機(ji)的臨🔅界速度(dù)vc随回流通量(liàng)的增加而升(sheng)高，即量程範(fan)圍随回流通(tong)量的增加而(er)減小；在v≥vc的流(liú)速區間✨内，流(liú)出系數Cd的線(xiàn)性度δl随回流(liú)通量的增加(jiā)而增大．
5結語(yu)
　　流體通過多(duo)孔孔闆後産(chǎn)生的回流通(tong)量可以作爲(wei)❓多孔孔闆流(liú)量計的計量(liang)性能的優化(huà)指标．回流通(tōng)量随流速💰的(de)變化呈非相(xiàng)似性分布與(yǔ)相似性分布(bù)，兩種分布狀(zhuàng)态之間存在(zai)臨界速度vc，vc的(de)大小與多孔(kǒng)孔闆的結構(gou)相關，vc越🈲小，量(liàng)程範圍越寬(kuan)；當回流通量(liang)沿流向呈非(fei)相似性分布(bu)時，同一塊多(duō)孔孔闆在相(xiang)👉同流速點下(xià)的流出系數(shu)Cd重複性較差(cha)，在不同流速(su)下流出系數(shu)Cd波動較大；當(dāng)🌂回流通量沿(yán)流向分布具(jù)有🔅相似性時(shí)，同一塊多孔(kǒng)孔闆在相同(tong)流⭐速點下的(de)流出系數Cd重(zhòng)複性較好，在(zai)不同⭐流速下(xia)流出系數Cd線(xian)性度較高；并(bing)且不同結構(gou)的多孔孔闆(pan)在相同流速(sù)㊙️點下的回流(liú)通量越小，流(liu)量計的計量(liang)性能越高．利(li)⛹🏻‍♀️用該方法優(yōu)化多孔孔闆(pǎn)流量計不但(dàn)可以降低成(chéng)♈本、容易實現(xian)，而且對優化(hua)其他形式的(de)節流式流量(liàng)計具有一定(ding)的意義❓．

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