摘要：爲(wèi)了提高(gao)多孔孔(kǒng)闆流量(liàng)傳感器(qì) 的計量(liàng)性能,利(li)用仿真(zhen)計算與(yu)實流實(shi)驗相結(jié)合的方(fang)♻️式對多(duō)孔孔闆(pan)流量傳(chuan)感器的(de)結構參(can)數對計(jì)量性能(neng)的影響(xiang)進行了(le)研究。利(lì)用實流(liú)實驗結(jié)果和多(duo)股射流(liú)的研究(jiū)成果對(dui)仿真計(ji)算結果(guo)🈲進行驗(yàn)證,結果(guo)表明:多(duō)孔孔闆(pǎn)安裝位(wei)置對計(jì)量結果(guo)的影響(xiǎng)程度受(shòu)相對入(rù)射間距(ju)s影響㊙️;.流(liu)出系數(shu)C受❓到相(xiàng)對入射(shè)間距s、環(huán)狀排‼️列(liè)孔所在(zai)區域的(de)外緣與(yǔ)管壁之(zhi)間的最(zui)小距離(lí)d2和厚度(du)I的影響(xiǎng)⭐;流出系(xì)數C的線(xian)性度主(zhu)要受🧑🏾‍🤝‍🧑🏼環(huán)狀排列(lie)孔所在(zài)♉區域内(nèi)緣與中(zhōng)心節流(liu)孔邊緣(yuán)之間的(de)最小徑(jing)向距離(li)d,影響。
多(duo)孔孔闆(pǎn)流量傳(chuan)感器是(shi)在标準(zhun)孔闆基(ji)礎上發(fā)展起來(lái)的節流(liu)裝置,是(shi)一個對(duì)稱的多(duo)孔圓盤(pan)。從文獻(xiàn)[1~3]可以看(kan)出，該流(liu)量計具(jù)有比标(biāo)準孔闆(pǎn)更爲出(chu)色的計(ji)量性能(neng)。多孔孔(kong)闆的孔(kǒng)排列方(fang)式及孔(kǒng)闆的厚(hòu)度等幾(ji)何參👉數(shu)決定了(le)流量傳(chuan)感器的(de)測量性(xìng)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(bú)同孔分(fèn)布形式(shì)和厚☔度(dù)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(páng)真計算(suàn)與實💋流(liu)實驗相(xiàng)結合的(de)方法對(dui)多孔孔(kong)闆的幾(ji)何結構(gou)對計量(liàng)性能🍓的(de)影響進(jin)行了研(yan)⁉️究。
多孔(kǒng)孔闆流(liu)量傳感(gǎn)器簡介(jiè)
　　由射流(liú)理論可(ke)知,介質(zhi)經過多(duo)孔孔闆(pan)後形成(chéng)多股受(shòu)限性淹(yān)沒射流(liú)，因此多(duo)股射流(liú)的研究(jiū)成果對(duì)于研究(jiū)🈚多孔❄️孔(kǒng)闆流量(liàng)傳感器(qì)具有一(yī)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(chū)後在其(qi)相鄰兩(liǎng)股射流(liú)之間存(cún)在相互(hù)卷吸作(zuo)用😄,這直(zhi)接影響(xiǎng)着流動(dong)的發♋生(sheng)與發展(zhan)過程,因(yīn)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(tōng)過理論(lùn)分析、實(shí)驗測量(liang)和🥵數值(zhí)模拟的(de)方式對(duì)多股射(she)流進行(hang)了研究(jiū),目前已(yǐ)經對流(liú)動特性(xing)🛀🏻和流動(dong)機理有(you)了一定(dìng)的認識(shí)。爲了便(bian)于研究(jiu)，雙股射(shè)流成爲(wèi)衆多學(xué)📱者研究(jiu)多股射(she)流的基(ji)礎。
 
　　由文(wén)獻[4~8]可知(zhī),雙股射(shè)流按其(qi)流動特(te)性可分(fen)爲會聚(jù)區和聯(lian)合區,如(rú)圖1所示(shì)。由于兩(liang)股射流(liu)的卷吸(xī)和幹擾(rǎo),以緻在(zài)兩股‼️射(she)流的彙(hui)☁️聚區内(nei)形成負(fù)壓區,在(zài)該區内(nei)存在一(yi)對穩定(ding)的旋轉(zhuǎn)方向相(xiàng)反👄的旋(xuán)渦，旋渦(wo)的長度(dù)随着孔(kong)間間距(jù)的增大(dà)而增長(zhǎng)[6]。在兩股(gǔ)射流🛀聯(lián)合後下(xia)遊附近(jìn)速度由(yóu)會聚區(qu)内的負(fù)值變爲(wei)正值,預(yù)期存在(zài)一個點(dian),在該點(dian)的.速度(du)爲零,這(zhè)個點稱(chēng)爲自由(you)滯點或(huò)混🌈合點(diǎn)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(shè)流的出(chu)射速度(du)越大,對(duì)周圍流(liú)體的卷(juàn)吸💋作用(yong)越強烈(liè),射流之(zhi)間的旋(xuan)📐渦也越(yuè)強烈,因(yin)此多股(gǔ)射流流(liú)場中會(hui)有射流(liú)運動🔱方(fang)向偏轉(zhuan)的現象(xiàng)發生(8]參(can)考雙股(gu)射流的(de)流動特(te)征對多(duō)🔴孔孔闆(pǎn)的流場(chang)進行了(le)區域劃(hua)分，如圖(tú)2所示。
 
2多孔孔(kǒng)闆流量(liang)傳感器(qì)結構和(he)參數定(dìng)義，
　　多孔(kǒng)孔闆流(liú)量傳感(gǎn)器的簡(jian)化示意(yi)圖如圖(tú)3所示,其(qi)中d1爲環(huán)形排列(liè)孔内緣(yuan)與中心(xin)節流孔(kong)外緣之(zhi)間的最(zui)小距離(lí);d2爲環㊙️形(xing)排列孔(kǒng)外緣與(yǔ)管壁之(zhī)間的最(zui)小距離(li);D爲多孔(kǒng)孔闆流(liú)量傳感(gan)器口徑(jing);D1爲中心(xin)節流孔(kǒng)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(kǒng)圓心所(suo)在圓的(de)直徑;τ爲(wei)環狀排(pái)列孔中(zhōng)相鄰孔(kǒng)邊緣的(de)最小距(ju)離;P1、P2爲多(duō)孔孔闆(pan)的安裝(zhuāng)定位标(biāo)志，當位(wèi)置P1與上(shang)/下遊取(qǔ)壓孔在(zai)一條直(zhi)線上時(shi)爲安🌈裝(zhuang)方式一(yī),當位置(zhì)✨P2與上/下(xià)遊取壓(ya)孔在一(yi)條直線(xian)上時✉️爲(wei)安裝方(fang)式二;1爲(wèi)多孔孔(kong)闆的厚(hòu)度。
 
　　定義s爲(wei)相對人(rén)射間距(jù),其計算(suan)式爲:
 
3實(shi)驗結果(guo)分析
　　爲(wèi)了分析(xi)多孔孔(kong)闆結構(gou)參數對(dui)多孔孔(kong)闆計量(liàng)性能的(de)影響,設(shè)計了不(bu)同形式(shì)的實驗(yàn)樣機(圖(tú)4),各樣機(ji)的具體(tǐ)結構參(cān)😍數見✏️表(biǎo)1。實流實(shi)驗在兩(liǎng)種孔闆(pǎn)安裝方(fāng)式下進(jìn)行,并且(qie)在同一(yī)流量🚩範(fàn)圍内🌏利(li)用稱重(zhòng)法檢定(ding)裝置對(dui)實驗樣(yàng)機進行(háng)标定,實(shí)驗結果(guǒ)見表2。在(zai)🏃🏻仿真計(jì)算中,按(àn)照實流(liú)實驗方(fang)法利用(yong)SSTk-w湍流模(mó)型對🙇🏻實(shí)驗樣機(jī)進行仿(pang)真計算(suàn)[9.10],計算結(jié)果與實(shi)流實驗(yan)結果的(de)相對誤(wu)差在5%以(yǐ)内。因此(cǐ)仿真計(ji)算結果(guǒ)可以對(duì)多孔孔(kǒng)闆流量(liang)傳感⛱️器(qì)實流實(shi)驗結果(guo)進🛀🏻行合(he)理分☀️析(xi)。
 
3.1s對多孔(kǒng)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(yǐ)看出，當(dang)參數s較(jiao)小❌時(s≤0.34),在(zai)兩種安(an)裝方式(shì)下測得(de)的流出(chū)系數平(ping)均值的(de)👅相對誤(wu)差Ec較小(xiǎo)❓(Ec≤0.23%),說明🌏多(duō)孔👅孔闆(pǎn)流量傳(chuan)感器的(de)安:裝👣位(wèi)置變化(huà)對計量(liang)結果💘影(yǐng)響較小(xiao);當參數(shù)s較大時(shí)(s≥0.72),在兩種(zhǒng)安裝🙇🏻方(fāng)式下測(cè)⚽得的流(liú)出系數(shù)平均值(zhi)的相對(dui)誤差Ec較(jiao)大(Ec=2.35%),說明(ming)多孔孔(kǒng)闆🥵流量(liang)傳感器(qi)的安裝(zhuang)位置🔞變(biàn)化對計(ji)量🎯結果(guǒ)影響較(jiao)大。
3.2d2對多(duō)孔孔闆(pǎn)流量傳(chuan)感器計(ji)量性能(neng)的影響(xiang)
　　從實驗(yan)結果可(kě)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(xiǎo)而增大(da);
b.當參數(shu)s(s=0.99)較大時(shí)(如樣機(ji)f),d2=0.0425D,是所有(you)樣機中(zhong)的最小(xiao)值,但🔴流(liú)出🌍系
數(shù)C也最小(xiǎo)。
3.3d,對多孔(kong)孔闆流(liú)量傳感(gǎn)器性能(neng)的影響(xiang)
　　當結構(gou)參數d1在(zai)較小的(de)範圍内(nèi)(0.0450D≤D1≤0.0750D)變化時(shí),流出系(xì)數的線(xiàn)🙇‍♀️性♌度較(jiao)好，約爲(wèi)0.5%,如樣機(jī)a、b、c;當d1(d1≥0.1050D)較大(dà)時(如樣(yang)機d、e、f),流出(chu)系數C的(de)🔆線性☁️度(dù)在0.8%以上(shang)♋。以具有(you)相同厚(hòu)度l的樣(yàng)機a、b、d、e爲例(lì)來分析(xī)上述實(shi)驗結果(guo)。節流式(shi)流量傳(chuan)💛感器差(cha)壓信号(hào)的穩定(ding)💘性主要(yao)是受節(jiē)流件下(xia)遊的旋(xuán)渦影響(xiang),多孔孔(kǒng)闆下遊(you)的旋渦(wō)主要由(you)壁面旋(xuán)渦區和(he)射流間(jian)旋渦區(qu)組成。由(yóu)仿真計(ji)算結果(guo)可知,當(dāng)多孔孔(kong)💔闆流量(liàng)傳感器(qi)的參數(shù)s≤0.72時,壁面(miàn)旋渦區(qu)與射流(liu)間旋渦(wō)區是相(xiang)互獨立(li)的，因此(ci)經過環(huán)狀排列(lie)孔的射(she)流對壁(bì)面回流(liu)區的旋(xuán)渦強度(du)起主導(dǎo)作用。由(yóu)實流實(shí)驗結果(guo)可知,在(zai)相同流(liu)速下,樣(yàng)機a、b、d、e的流(liu)出系數(shu)随着結(jie)構參數(shù)d2的增大(da)而減小(xiǎo),這表明(ming)㊙️壁面處(chù)旋渦強(qiang)度随着(zhe)🌈結構參(cān)數dr的增(zeng)大而增(zeng)強，而線(xiàn)性度卻(que)随着參(cān)數d2的增(zēng)大而提(ti)高。上述(shu)分析表(biǎo)明多孔(kǒng)孔闆射(shè)流間的(de)旋渦是(shì)影響線(xian)性度的(de)主要因(yīn)素。從圖(tú)5中可以(yǐ)看出,經(jing)✊過樣機(ji)a.b.d、e的環狀(zhuàng)排列孔(kong)射流與(yǔ)中心節(jie)流孔射(shè)流之間(jiān)的自由(you)滞點分(fèn)别在距(jù)離孔闆(pan)下遊面(mian)12、17、25、.85mm位置處(chù),其中樣(yang)機d自由(you)🏒滞點幾(jǐ)乎與🚶取(qu)壓位置(zhì)重合,而(er)樣機e的(de)自由滞(zhì)點遠離(lí)取壓位(wei)置。這說(shuō)明環狀(zhuàng)排列孔(kong)💞射流與(yǔ)中心節(jiē)流孔射(shè)流之間(jian)的旋渦(wo)的長度(du)随着結(jié)❓構參數(shu)d,的增大(da)而增長(zhǎng),與文獻(xiàn)[6]的結論(lùn)一緻。當(dāng)射♈流間(jian)🙇🏻旋渦區(qū)長度接(jiē)近取壓(yā)位置或(huò)‼️者超出(chū)取壓位(wèi)置時,多(duo)孔孔闆(pǎn)流出系(xì)數C的線(xiàn)性度較(jiao)差;當射(she)流間旋(xuan)渦的長(zhǎng)‼️度在離(li)取壓位(wei)置在一(yi)-定距離(lí)範圍内(nèi)變化時(shí),多孔孔(kǒng)💔闆🤟流出(chu)系數C的(de)線性度(dù)幾乎無(wú)變化。綜(zong)上所🌐述(shù),結構參(can)📧數D1是影(ying)響多孔(kǒng)孔闆流(liú)量傳感(gan)器流出(chu)系數線(xian)性度的(de)主要因(yīn)🐪素。
 
3.4厚度(dù)l對多孔(kǒng)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(yàng)機b的厚(hòu)度t=5mm,樣機(ji)c的厚度(du)t=10mm,其🔞他㊙️結(jié)構參數(shù)均相同(tóng)。從實驗(yàn)結果可(kě)以看出(chu),流出系(xì)數C随着(zhe)厚❤️度t的(de)增加而(ér)增大。對(dui)樣機b與(yǔ)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(yóu)P1取壓位(wei)置處的(de)速㊙️度曲(qu)線，圖中(zhōng)區域I爲(wei)通過環(huán)狀☀️排列(liè)孔的😄速(sù)度剖面(miàn)🌈。`Vb、`Vc分别表(biao)示樣機(ji)b、c流向上(shang)的❌平`均(jun)速度。從(cóng)圖中可(ke)以看出(chū),區域I中(zhong)`Vc<`Vb。由💘多股(gu)射流理(lǐ)論可📱知(zhi),經過樣(yàng)機e環狀(zhuàng)排列孔(kǒng)的射流(liu)對周圍(wei)流體的(de)卷吸作(zuò)用較弱(ruo),因此壁(bi)面處旋(xuán)渦強度(dù)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(xià)測得的(de)流出系(xì)數平均(jun)值的相(xiàng)對誤差(chà)Ec的大小(xiǎo)受環狀(zhuang)排列孔(kǒng)之間的(de)人射間(jian)距s影響(xiang)。
4.2流出系(xì)數C受環(huán)狀排列(liè)孔人射(shè)間距s、結(jie)構參數(shù)d2和厚度(du)影響,影(ying)響方式(shì)爲:當s較(jiào)小時(s<0.72),流(liú)出系數(shu)C随着參(cān)數d2的減(jian)小而增(zēng)大;當s較(jiao)大時(s=0.99),流(liú)出系數(shu)C的大小(xiǎo)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(zhǔn)孔闆;對(duì)于具有(you)相同孔(kong)分布形(xing)式且β值(zhi)相同💁的(de)多孔孔(kǒng)闆,流出(chū)系數C随(sui)着厚度(dù)🈲?的增加(jia)而增大(dà)。
4.3流出系(xì)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(bú)變;當d,在(zai)較大範(fàn)圍内時(shi)💰(d1≥0.1D),流出㊙️系(xi)數C的線(xiàn)性度變(biàn)差,在0.9%以(yǐ)上。

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