多孔(kǒng)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(duì)按照特定方(fang)式設計的多(duo)孔孔闆局部(bù)壓力損失系(xi)數ξ和節流特(te)性的主效應(yīng)因素進行分(fèn)☀️析，拟合出局(ju)部壓力損失(shī)系數❤️ξ與等效(xiao)直徑比β之間(jian)的關系式，并(bing)且得出🆚等效(xiao)直徑比β是影(yǐng)響多孔孔闆(pan)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(jù)有精度高、壓(yā)損小、需要前(qián)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(kǒng)闆的流出系(xi)數Cd的影響．
　　介(jie)質經過多孔(kong)節流件後形(xíng)成多股受限(xian)型射流，由于(yu)💃🏻多📞股射流之(zhī)間的卷吸和(hé)摻混，增加了(le)流場的複雜(zá)性．Taylor在1949年提出(chu)了射流卷吸(xī)假說，1986年Tumer對這(zhe)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(jie)構的影響；利(lì)用PIV技術在入(ru)射速度不同(tóng)的情況下📧對(duì)雙股平行射(shè)流的卷吸效(xiao)應、湍流強度(dù)、速度剖面以(yǐ)及雷諾應💘力(li)進行了研究(jiū)．利用PLIF技術對(duì)平行雙🛀股射(she)流流場中的(de)混合區進行(háng)測量．長期以(yi)來研究人🚶員(yuán)分别從理論(lun)分析、實驗測(ce)量和數值模(mo)拟方面對多(duō)股射流進行(háng)了大量的工(gong)作，對流場中(zhōng)的一些流動(dòng)特性和流㊙️動(dong)機理取得了(le)豐富的成💋果(guo)㊙️．利用多股射(shè)流理論和實(shí)驗相結合的(de)方法對多孔(kong)孔闆😍計量精(jīng)度的影響❤️因(yīn)素．
1結構與工(gong)作原理
　　多孔(kong)孔闆流量計(ji)的簡化結構(gòu)如圖1所示，即(jí)在封閉的管(guǎn)道内同軸安(an)裝多孔孔闆(pǎn)，來流方向如(rú)圖1（a）中箭頭所(suǒ)示，采用壁面(mian)取壓方💋式．

不(bú)可壓縮流體(ti)的體積流量(liàng)計算公式爲(wei)

　　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(jiàn)因素📧，Pa；Cd爲流出(chū)系數，無量綱(gāng)，該參數是從(cong)實驗中獲得(de)；ρ爲流體密度(dù)，kg/m3；β爲等效直徑(jìng)🐕比；ds爲節流孔(kong)的等效直徑(jìng)🈚．
2影響計量精(jīng)度的因素分(fen)析
　　圖2爲管徑(jìng)100,mm、β=0.6的多孔孔闆(pǎn)流量計在雷(lei)諾數爲52×10的條(tiao)件下的内部(bu)流場的速度(dù)矢量圖，在上(shàng)下遊取壓口(kou)處取截面Ⅰ和(he)Ⅱ，根據不可壓(ya)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(yā)損系數；表示(shi)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(kǒng)闆結構相關(guan)．根據動能
第(dì)2表達式得

式(shi)中：ω爲渦量；v爲(wèi)速度矢量；r爲(wèi)觀測點與旋(xuan)轉中心之間(jian)😘的☂️矢⚽徑．
　　各流(liu)量點下流出(chū)系數Cd的線性(xìng)度是衡量多(duo)孔孔闆計量(liang)精度🏃🏻‍♂️的評價(jia)指标，由式(2)、式(shì)(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(pǎn)後形成多股(gu)受限型射流(liu)，射流自🈲孔口(kǒu)出射後與周(zhou)圍靜止流體(tǐ)間形成速度(du)不連續的間(jiān)斷⭐面，間斷面(miàn)失穩💘而産生(shēng)漩渦．漩渦卷(juàn)吸周圍流體(ti)進入到👣射流(liú)，同時不斷移(yí)動、變👣形、分裂(liè)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(fèn)裂、變形、卷吸(xī)和合并等物(wù)理過程，除了(le)形成大量的(de)随機運動小(xiǎo)尺度紊動渦(wō)體外，還存在(zài)一部分有序(xu)的大🔆尺度渦(wō)結構．大尺度(dù)渦的拟序結(jie)構由縱向渦(wo)和展📐向渦組(zǔ)成，其中展向(xiàng)渦結構對剪(jian)切層的發展(zhǎn)控制起主要(yào)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[12-13]，因(yīn)此，大尺度的(de)展向🌈渦結構(gou)是影響多孔(kong)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(zuò)用，使周圍流(liu)體随射流🐆而(er)運動，增加了(le)射流的總質(zhì)量．卷吸量是(shi)反映射流卷(juàn)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(hua)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(chǎn)生回流，回流(liu)區的尺寸🌏由(yóu)流通孔之間(jian)的間距決定(dìng)．由連續性方(fāng)程可知，管道(dao)中任一與流(liu)向垂直截面(miàn)上的質量通(tong)量與管道入(rù)口處的質量(liang)通量相等，從(cong)而🌈可以得出(chū)漩渦的卷🈚吸(xi)流量與回流(liu)通量相等的(de)結論．因此，利(li)用回流通量(liàng)來表征漩📐渦(wo)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(jīng)度的影響規(guī)律．
3設計實驗(yan)
　　由于要利用(yòng)回流通量來(lái)揭示大尺度(du)渦對流量計(ji)計量精度的(de)影響規律，因(yīn)此需要獲取(qu)多孔孔闆流(liú)量計内部🙇‍♀️流(liú)場的真實信(xin)息．對不同形(xíng)式樣機進行(hang)實驗與CFD仿真(zhēn)，利⛱️用實驗結(jié)果及射流理(lǐ)論驗證仿真(zhēn)精度
實流實(shi)驗

　　該實驗是(shi)在天津大學(xue)流量實驗室(shì)水流量裝置(zhì)上☂️完成😄的，該(gāi)裝置使用稱(cheng)重法檢定，其(qi)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(zhuang)置進行了詳(xiang)細👈說明，實驗(yan)裝置如圖3所(suo)示．爲了保證(zhèng)獲取準确的(de)差壓信号，在(zài)實驗過程采(cai)用

3.2仿真實驗(yàn)
　　多孔孔闆流(liú)量計流場情(qíng)況較爲複雜(za)，這就要求湍(tuān)流計算㊙️模型(xíng)對含有大量(liang)漩渦及剪切(qiē)層的流場具(jù)有較好的計(jì)算效果；多孔(kong)孔闆流量計(ji)采用壁面取(qǔ)壓方式，該取(qu)壓方式要求(qiú)湍流計算模(mo)型對近壁區(qū)域有較好的(de)計算效果．選(xuan)擇SST(剪切應力(lì)傳輸)k-ω湍流模(mo)⭕型．該模型是(shi)由Menter提出的雙(shuāng)方程湍流模(mó)型，集成了Standardk-ω模(mo)型與Standardk-ε模型的(de)特點．不但在(zài)近壁區域及(jí)尾流有很好(hao)的預測效果(guǒ)，而且在高雷(léi)諾數流動區(qu)域和剪切層(céng)中有較好的(de)預測效果[15-17]．文(wen)獻[18]對多孔孔(kong)闆的仿真計(ji)算進行了詳(xiáng)細描述．
　　爲了(le)能夠較爲全(quán)面地反映流(liú)場中回流通(tong)量的分布規(guī)律，在仿真計(ji)算結果的後(hou)處理中截取(qu)多個徑向截(jié)面，該截面位(wèi)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(qiú)出各截面上(shang)的回流通量(liàng)，利用delaunay三角化(huà)函數将整✏️個(gè)截面上⚽坐标(biao)點重構成三(sān)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(wei)管道徑向位(wei)置，單位爲m．
回(hui)流通量的計(jì)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(xiang)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(liu)實驗對仿真(zhēn)結果進行定(dìng)♊性和定🌈量驗(yàn)證，從表1中可(ke)以看出仿真(zhen)計算結果🐕與(yu)實流實驗結(jié)果的相對誤(wù)差在5%以内，表(biao)中ε爲仿真流(liú)出系數CCFD與實(shi)驗流出系數(shu)CEXP的相對誤差(chà)，表達式爲。圖(tu)6～圖8分别是樣(yang)機C速度雲圖(tú)、湍流強度雲(yun)圖、渦量雲圖(tú)，從圖中可以(yǐ)看出介質經(jing)過多孔孔闆(pǎn)後形成多✊股(gu)受限型射流(liu)，射流之間📞相(xiàng)互卷吸而産(chǎn)生會聚，最終(zhōng)合成一股射(shè)流；射流之間(jian)和射流與壁(bi)面之間有回(huí)流産生；湍流(liú)強度最大的(de)位置在射流(liú)⛹🏻‍♀️的剪切層💁中(zhong)；在剪切層中(zhōng)産生大尺度(dù)展向渦．上述(shu)現象與文獻(xian)[10]描述一緻．因(yīn)此，仿真計算(suàn)結果與真實(shi)流動狀況吻(wěn)合．


1160-13
4數據處理(li)
4.1實驗數據處(chu)理
　　 節流式流(liu)量計 的線性(xing)度δl及重複性(xìng)σ是評價流量(liàng)計性能的重(zhòng)要指标，δl越🌈小(xiǎo)計💁量⚽精度越(yuè)高，σ越大穩定(ding)性越差，表達(dá)式分别爲♋

　　從(cóng)圖9中可以看(kàn)出，實驗樣機(ji)的σi均随着雷(léi)諾數Re的增大(da)🌈而減小，當Re增(zeng)大到一定程(chéng)度時，σi接近常(chang)數，并且樣機(ji)A的σ值最大，樣(yàng)🆚機B次之，樣機(ji)C最小．從圖10中(zhōng)可以看出，随(sui)着Re的🏃‍♂️增大，流(liú)出系數Cd由波(bo)動較大發展(zhǎn)到接近某一(yī)常數．流出系(xì)數Cd接近常數(shu)的流速區間(jiān)爲流量計的(de)量程範圍，線(xiàn)性度δl表征在(zai)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(yàng)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(fan)圍内δl=0.57%．

4.2回流通(tōng)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(liú)向距離的變(bian)化曲線，圖中(zhōng)以無量綱值(zhí)Qr/Qv作爲縱坐标(biao)，表征回流通(tong)量的大小，Qr爲(wei)回流通量，Qv爲(wei)管道入口流(liu)量．從圖中可(kě)以看出，在😍各(gè)流速點下無(wu)♈量綱值Qr/Qv沿流(liú)向呈抛物線(xiàn)變化，并且各(ge)樣機的Qr/Qv的最(zui)大值出現位(wei)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(xiang)的分布曲線(xiàn)重合．因此，Qr/Qv從(cong)沿流向的非(fēi)相似分布過(guo)渡到相似分(fèn)布．在非相似(sì)分布速度區(qū)間中，各流速(sù)點下的回流(liu)通量沿流向(xiang)分⚽布差異較(jiao)🙇🏻大；而在相似(sì)分布速度區(qu)間中，各流速(sù)點下的回流(liu)通量沿流向(xiang)分布重合．非(fei)相似分布與(yǔ)相💰似分布之(zhī)🙇🏻間一定存在(zài)一個臨界速(su)度點vc，vc的取值(zhí)與樣機的結(jie)👄構相🛀🏻關，樣機(jī)A的cv取值是1.25,m/s，樣(yang)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(bie)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(yang)機結構不同(tong)，在相同速度(du)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(jī)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(jī)C最小．

4.3結果分(fèn)析
　　從數據處(chu)理的結果可(ke)以看出回流(liu)通量與多孔(kǒng)孔闆流量計(jì)的計量性能(néng)之間具有較(jiào)強的規律性(xìng)．
　　對于同一塊(kuai)多孔孔闆流(liu)量計，在v<vc這一(yi)流速區間内(nèi)，各流速點下(xià)的回流通量(liang)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(diǎn)下的回流通(tong)量Qr沿流向呈(cheng)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(dī)流速下，湍流(liú)脈動頻率低(di)，大尺度漩渦(wō)的運動過程(cheng)❗對差壓信号(hao)影響明顯；在(zài)流速較高時(shí)，湍流脈動頻(pín)率增強，大尺(chi)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(jì)，在v＜vc流速區間(jiān)内的相同速(su)度點🐕下，流出(chu)系數Cd的重複(fu)性随回流通(tōng)量的增大而(ér)降低，各樣機(ji)的臨界速👣度(du)vc随回流通量(liàng)的增加而升(shēng)高，即量程範(fàn)圍随回流通(tong)量的增加而(er)減小；在v≥vc的流(liu)速區間💋内，流(liú)出系數Cd的線(xiàn)性度δl随回流(liu)通量的增⚽加(jia)而增大．
5結語(yu)
　　流體通過多(duo)孔孔闆後産(chan)生的回流通(tōng)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(yu)相似性分布(bu)，兩種分布狀(zhuàng)态之間存👣在(zài)臨界速度vc，vc的(de)大小與多孔(kong)孔闆的結🏃構(gou)相關，vc越♻️小，量(liang)程範圍越寬(kuan)；當🔴回流通量(liang)沿流向呈非(fēi)相似性分布(bù)時，同一塊多(duo)❗孔孔闆在相(xiàng)同流速點下(xià)的流出系數(shù)Cd重複性較差(chà)，在不同流速(sù)☁️下流出系數(shu)Cd波動較大；當(dang)回流通量沿(yán)流向分布具(jù)有相似性時(shi)，同一塊多孔(kong)孔闆在相同(tong)流速點下的(de)流出系數Cd重(zhong)複性較好，在(zài)不同流速下(xià)流出系㊙️數Cd線(xian)性度較高；并(bìng)且不同結構(gou)的多孔孔闆(pǎn)在相同流速(sù)點下的回流(liu)通量越小，流(liu)量計的計量(liàng)性能越高．利(lì)‼️用該方法優(yōu)化多孔孔闆(pan)流量計不但(dàn)可以降低成(cheng)本、容易實🌐現(xiàn)，而且對優化(huà)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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