多孔孔闆(pǎn)流量計 是(shi)一個對稱(chēng)的多孔圓(yuán)盤,是在标(biāo)準孔闆基(jī)礎上發展(zhǎn)起來🧡的非(fei)标準節流(liú)裝置.2006年該(gai)流量計被(bei)引入中國(guó)市場，開🌈始(shǐ)應‼️用于天(tiān)然氣、化工(gōng)、煉油等工(gōng)業領域.從(cong)相關♋文獻(xian)[-3]可♻️以看出(chu)該流量計(jì)具有比标(biāo)準孔闆🌈更(gèng)爲出色的(de)計量性能(neng),如測量精(jīng)度高、量✔️程(chéng)範圍寬、壓(ya)力損失小(xiao)、前後直管(guan)段要求低(di)等優🆚點.多(duo)孔孔闆🔴流(liú)量計結構(gòu)參數多,如(rú)節流孔的(de)大小、個數(shu)及㊙️排列方(fang)式等,優化(huà)結構㊙️參數(shù)是提高多(duō)孔🥵孔闆流(liu)量計性能(néng)的前提條(tiáo)件.實現❗這(zhe)一研究有(you)實流實驗(yàn)和數值模(mó)拟2種方法(fa).數值模拟(nǐ)方法是📱研(yán)究流量傳(chuan)感器特性(xing)的有效手(shou)段之--,既可(ke)降低成本(ben),又可提高(gāo)效率.目前(qian),關于對多(duo)孔孔闆流(liú)量💞計💁流場(chǎng)仿真方法(fa)的研究❤️國(guó)内外尚鮮(xiān)見文獻報(bào)道.
　　因此,在(zai)對多孔孔(kong)闆流量計(jì)的研究過(guo)程中引入(ru)該方❄️法，一(yī)-方面可以(yi)加速研究(jiu)進程，另一(yī)方面通過(guò)選擇合适(shi)的計算🔴模(mó)型提高多(duō)孔孔闆流(liú)量計流場(chang)計算的正(zhèng)确率.
1湍流(liu)模型的選(xuan)擇
　　由于目(mù)前尚無對(duì)流場具有(yǒu)普适性的(de)湍流模型(xíng)，科研人員(yuan)隻⛹🏻‍♀️能根據(ju)流場概況(kuang)選擇相對(dui)合理的湍(tuan)流⛹🏻‍♀️模型.在(zài)近幾年的(de)研究中，k-湍(tuān)流模型被(bei)廣泛應用(yong)，上述研究(jiu)取得較好(hǎo)的效果，這(zhè)說明雙方(fang)程形式的(de)k-0模型在計(ji)算近壁區(qū)流場、含有(you)尾渦及剪(jian)切層等流(liú)場具有較(jiào)好的🌈計算(suàn)效果.
　　由于(yú)多孔孔闆(pan)孔分布具(jù)有分散性(xìng)，流體經過(guò)多孔孔闆(pan)🥰後在管道(dào)中形成受(shòu)限性多股(gu)射流.射流(liú)自孔☁️口出(chu)射後與周(zhōu)🈲圍靜止流(liu)☂️體間形成(cheng)速度不連(lian)續的間斷(duàn)面，速度間(jiān)斷面是👌不(bú)穩定的，必(bì)定📱會産生(sheng)波動，并發(fa)展成漩渦(wō)，從而引起(qi)紊動.這樣(yang)就把原來(lai)周圍❓處于(yú)靜止狀态(tai)的流體卷(juan)吸到射流(liú)中，形成射(she)流的🙇‍♀️卷吸(xi)現象7.根🔱據(ju)文獻[7]中的(de)雙股射流(liú)理論，流體(ti)經過多孔(kong)孔闆後多(duō)股🔞射流間(jiān)形成會聚(ju)🥰區，最終合(hé)而爲一進(jin)人聯合區(qu).由于卷吸(xi)現象的存(cun)在，會🚶‍♀️聚區(qu)内形🔱成射(she)流間回流(liu)區，各股射(shè)流與壁面(mian)之間産生(sheng)近壁面回(hui)流區，在壁(bi)面回流區(qū)🌏和射流間(jian)回流區中(zhōng)有大⭐量的(de)漩渦存🔴在(zai)，流場如圖(tu)1所示.

　　由于(yu)射流與周(zhou)圍靜止流(liú)體的卷吸(xi)與摻混，相(xiang)應地産生(sheng)了對射流(liu)的阻力，使(shi)射流邊緣(yuan)部分流速(su)降低，難以(yǐ)保持原來(lai)的初始流(liú)速.射流與(yu)周圍流體(ti)的摻混自(zi)邊緣部分(fèn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻向中心發(fa)展，經過一(yi)-定的距離(lí)發展🌈到射(shè)流中心，自(zì)此以後射(she)流的全斷(duàn)面上都發(fa)展成✔️湍流(liú).由孔口㊙️!邊(bian)界開始向(xiàng)内外擴展(zhan)的摻混區(qu)即爲剪切(qiē)層，因此，流(liú)體經過多(duō)孔孔闆形(xíng)成的多股(gǔ)射流流場(chǎng)中存🈲在較(jiao)多的剪切(qie)層.綜上所(suo)述，多孔孔(kong)闆流量計(jì)的流場情(qing)況較爲複(fu)雜，這就要(yào)求湍⛱️流計(ji)算模型對(dui)含有大量(liang)漩渦及剪(jian)切層的流(liú)場具有較(jiào)好的❗計算(suan)效果;由于(yú)多孔孔闆(pan)流量計采(cǎi)用壁面取(qǔ)壓方🐅式，該(gāi)取壓方式(shì)要求湍流(liú)計算模型(xíng)對近壁區(qū)域有較好(hao)的計算效(xiào)果.
　　基于上(shàng)述兩方面(mian)原因，采用(yong)雙方程形(xíng)式的Standardk-?模型(xing)、SSTk-模型以及(ji)Standardk-c+SSTk-組合形式(shi)分别對10塊(kuài)100mm口徑、β=0.6的多(duo)孔孔闆進(jìn)行了數值(zhi)模拟與實(shi)流實驗，流(liu)速範圍爲(wei)0.5~7.5m/s.本文選擇(ze)了其中3塊(kuài)具有代🔅表(biǎo)性的🥰多孔(kǒng)孔闆對結(jié)果進行說(shuo)明.
2湍流模(mó)型
　　Standardk-模型是(shi)一個通用(yong)雙方程湍(tuān)流模型18-9],其(qi)中一個變(biàn)量是🈲湍動(dong)能k，另一個(gè)變量爲耗(hao)散率.Standardk-?模型(xing)是基于Wilcoxk-模(mo)型♍，該模型(xing)對近壁區(qū)域🌏的流動(dòng)、尾流、射流(liú)、剪切層及(jí)低雷諾數(shù)流動有較(jiào)好的預測(cè)效果.SSTk-0模型(xing)是由Menter提出(chū)的雙方程(chéng)湍流模型(xíng)，該模型不(bu)但集成了(le)Standardk-模型特點(diǎn)與Standardk-模型對(dui)高雷諾數(shù)流動具有(yǒu)較好計算(suan)效果的優(you)點，而且增(zēng)加了橫向(xiang)擴散導數(shù)項，在湍流(liu)黏度定義(yì)中考慮了(le)湍流剪切(qiē)⭕應力的傳(chuán)輸過程.其(qí)模型爲


3建(jian)模網格剖(pōu)分
3.1多孔孔(kong)闆流量計(jì)的幾何結(jié)構
　　圖2爲多(duo)孔孔闆流(liu)量計結構(gou)，其中圖2(a)爲(wei)流量計的(de)整體結構(gòu)，圖2(b)爲多孔(kǒng)孔闆的結(jié)構及參數(shù)定義.圖2(b)中(zhong)D爲多孔孔(kǒng)闆流量計(ji)的管徑;D1爲(wèi)中心節流(liú)孔直徑;D2爲(wèi)環狀排列(liè)🐆孔直徑📧;D3爲(wèi)環狀♈排列(liè)孔的中心(xin)💯圓直徑;多(duo)孔孔闆中(zhong)心節流孔(kǒng)與環形排(pái)列孔之間(jiān)的距離爲(wèi)d,環形排列(lie)孔與管壁(bi)之間的距(ju)離爲d2.圖3爲(wèi)多孔孔闆(pan)實驗樣機(ji),dh、dh的大小決(jué)定了射流(liu)間回流區(qu)及壁面回(hui)流區的尺(chǐ)寸，因此表(biǎo)1中給出了(le)各樣機的(de)d1、d2的具體數(shu)值.

3.2網格剖分(fen)
　　按照流量(liàng)計的實際(jì)尺寸在GAMBIT中(zhong)建立三維(wei)計算模型(xing)，前直管段(duan)長度設置(zhì)爲10倍管徑(jing)，後直管段(duan)長度設置(zhi)爲30倍管徑(jìng).爲了正确(què)獲得多孔(kong)孔闆附近(jìn)的流場變(biàn)化情況，多(duō)孔孔闆附(fù)近采用sizefunction函(han)🥰數進行加(jiā)密處理，特(tè)别在多孔(kǒng)孔闆的下(xià)遊，加密區(qu)域更大，而(ér)在遠離多(duo)孔孔闆的(de)上下遊直(zhí)管段區域(yù)的網格逐(zhú)漸變得稀(xi)疏，最密處(chu)網格尺寸(cùn)與兩側稀(xi)疏處的比(bi)爲1:5.網格質(zhi)量爲EquiSizeSkew值爲(wei)😄0.75,EquiAngleSkew值爲0.80，AspectRatio值爲(wei)1.0:
3.4.圖4爲多孔(kǒng)孔闆B仿真(zhēn)模型局部(bù)網格.

4計算(suàn)結果分析(xi)
　　衡量湍流(liu)模型對節(jie)流式流量(liang)計數值計(ji)算效果優(yōu)劣标準如(rú)下.
(1)在同樣(yàng)的流量範(fàn)圍内，比較(jiào)數值計算(suàn)得出的流(liu)出系數C與(yu)實流💋實驗(yàn)結果是否(fǒu)具有一緻(zhi)性;
(2)通過對(dui)不同物理(lǐ)量的流場(chang)分析，判斷(duàn)計算結果(guo)是否與相(xiang)☔應♉流體力(li)學理論-緻(zhi).
4.1流出系數(shù)C的計算結(jie)果與分析(xi)
節流式流(liu)量計測量(liang)不可壓縮(suo)流體的體(tǐ)積流量計(ji)算公式爲(wèi)

　　式中:qv爲體(tǐ)積流量，m/s;Ap爲(wei)上下遊取(qu)壓點測得(de)的差壓值(zhi)，Pa,在仿真實(shí)驗中，來自(zi)流場數值(zhí)計算結束(shu)後壓力場(chǎng)數據☁️的提(tí)取，在實流(liu)實驗中則(zé)直接來自(zì)差壓變送(sòng)器 的讀數(shù);ρ爲流體的(de)密度,kg/m3;β與d分(fèn)别是多孔(kǒng)孔闆的等(děng)效直🌈徑比(bǐ)和節流孔(kǒng)的等效直(zhi)徑，在實驗(yàn)中均爲确(què)定的幾何(he)參數;C爲🌏節(jiē)流😍式流❓量(liang)計的流出(chu)系數，該參(cān)數💜是從仿(páng)真計算或(huo)者是實流(liú)實驗中得(de)出，因此節(jie)流式流量(liàng)計的流出(chū)系數C是評(ping)價節流式(shi)儀表性能(neng)的最重要(yao)參數.
爲了(le)便于書寫(xie)，Standardk-、SSTk-、Standardk-+SSTk-?分别采用(yòng)如下縮寫(xiě)形式:
　　STD、SST,STD+SST.圖5~圖(tu)7是STD模型、SST模(mo)型及STD+SsT組合(he)形式在同(tong)一雷諾數(shu)範圍内對(duì)不⛱️同📐結構(gòu)的多孔孔(kong)闆流量計(ji)計算得出(chu)的流出系(xì)👌數C.值和實(shi)流實驗值(zhí)(EXP)的比較.每(měi)個湍流模(mo)型的8個仿(pang)真實驗點(dian)對應人💋口(kou)流速分别(bie)爲0.5m/s.1.0m/s、2.0m/s、3.0m/s、4.0m/s、5.0m/s、6.0m/s和7.5m/s.
　　在數(shù)值計算過(guò)程中，對于(yu)多孔孔闆(pan)A、B,SST模型在計(ji)算過💃程中(zhōng)發💛散.從圖(tu)5~圖7可以看(kàn)出,在這3種(zhong)數值計算(suàn)方式中，SST模(mó)型或🌏STD+SST模式(shì)📐計算得到(dào)的流出系(xì)數C在變化(hua)趨勢與實(shi)流實驗結(jié)果吻合得(de)最好;STD模型(xíng)計🔱算得到(dào)的流出系(xì)數C的變化(huà)趨勢與實(shí)流實驗之(zhi)間有⛹🏻‍♀️輕微(wei)的差異,但(dan)總體趨勢(shi)--緻.

　　表2和表(biǎo)3中定量地(dì)給出了采(cai)用各數值(zhi)計算方法(fǎ)得出的計(ji)算結果.表(biǎo)2中定量地(dì)給出了采(cǎi)用各數值(zhi)計算方法(fa)得👉到的👨‍❤️‍👨流(liu)出系數平(píng)均值、實流(liu)實驗得出(chu)的流出系(xi)數平均值(zhi)及其平均(jun1)值相對誤(wù)差,該誤差(chà)定義爲

　　表(biǎo)3中定量地(di)給出了采(cai)用各數值(zhí)計算方法(fǎ)得到流出(chū)系💁數線性(xìng)🌈度ELA以及實(shi)流實驗得(dé)出的流出(chū)系數線性(xìng)度🌈ELE,計算流(liu)出系數線(xiàn)性✌️度的表(biao)達式爲

式(shì)中:Cmaxs爲所有(you)流量點中(zhōng)流出系數(shù)最大值;Cmin爲(wei)所有流量(liàng)點☁️中流出(chu)🚶‍♀️系數最小(xiǎo)值.

　　從表2中(zhōng)可以看出(chu),對于多孔(kong)孔闆C,3種計(ji)算模式均(jun)收斂,STD模🌈型(xing)計算😘結果(guǒ)的相對誤(wù)差爲6.90%,SST模型(xing)與STD+SST模式計(jì)算結果🌈的(de)相對誤差(cha)較小，分别(bie)爲4.30%與4.20%.對于(yú)多孔孔闆(pǎn)A與💘B,STD模型與(yǔ)STD+SST模式計💁算(suàn)結果🐇的相(xiang)對誤差均(jun1)較小,其中(zhōng)STD+SST模式對多(duō)孔孔闆計(jì)算⭐結果的(de)相對誤差(cha)随🏒着d2值的(de)減小而減(jian)小從表3中(zhong)可以看出(chū)，利用STD+SST模式(shi)計算多孔(kong)孔🐕闆可以(yi)較好地反(fan)映出不同(tóng)形式多孔(kong)孔闆的流(liú)出系數線(xiàn)性度.
4.2不同(tóng)物理量流(liu)場分析
(1)從(cóng)上述分析(xi)可知,分别(bie)用STD湍流模(mo)型和STD+SST組合(hé)模式計⭐算(suan)多孔孔🌐闆(pan)A、B得出的流(liu)出系數計(ji)算結果與(yu)實流實驗(yàn)結♌果相🧑🏽‍🤝‍🧑🏻對(dui)誤🏒差均較(jiao)小，但是速(sù)度場和湍(tuān)流強度場(chǎng)卻有很大(da)差👅别，如圖(tú)🐅8~圖13所示.Standardk-?湍(tuān)流模型對(duì)高雷諾數(shu)湍流及具(ju)有自由剪(jian)切層的湍(tuān)流具有很(hen)好的計♻️算(suàn)效果，SST模型(xíng)中集成了(le)Standardk-湍流模型(xing)的這一優(you)點，所以🈲利(lì)用STD+SST模式仿(pang)♉真多孔孔(kong)闆A得到的(de)下遊速度(dù)流場具有(yǒu)明顯的會(huì)聚趨勢，符(fu)合文獻[4]中(zhōng)的雙股理(lǐ)論，而利🏃用(yòng)㊙️STD仿真多孔(kǒng)孔闆A得到(dào)的下遊射(shè)流沒有明(míng)顯會聚趨(qu)勢.多孔孔(kǒng)闆B的速度(dù)場雲圖雖(suī)然符合射(shè)流理論♈，但(dàn)是利用STD+SST模(mo)式計算的(de)湍🚶流強度(dù)場中湍流(liu)強度最♊大(dà)的位置在(zài)🐅射流的剪(jian)切層中，與(yu)文獻[10]結論(lun)-緻.因此可(kě)以看出SST湍(tuan)流模型比(bi)STD湍✏️流模型(xing)更适合計(jì)算受限性(xing)多股射流(liú)相互作用(yòng)的流場.

(2)從(cóng)圖9、圖11和圖(tú)14中可以看(kan)出，相對于(yú)多孔孔闆(pan)C,多孔孔闆(pan)🐕A、B的射流間(jian)回流區域(yu)較大，壁面(mian)回流區域(yù)較小.直接(jie)使用SST模型(xing)計算射流(liu)間回流區(qū)域較大多(duō)孔孔闆時(shi)的收斂比(bǐ)較👅困難，而(er)STD+SST組合模式(shi)不但克服(fú)了上述缺(que)點并且計(jì)算效果較(jiào)好.

(3)如前文(wén)所述，SST模型(xíng)在近壁區(qū)以外及剪(jiǎn)切層中集(ji)成👌了Standardk-ε湍流(liú)模型的特(te)點，而Standardk-ε湍流(liu)模型本身(shen)存在缺陷(xiàn),該模型💛在(zài)彎曲壁面(mian)、彎曲流線(xian)等情況下(xia)會産生失(shī)真🧑🏽‍🤝‍🧑🏻.多孔孔(kǒng)闆A、B、C的壁面(miàn)回流區依(yī)次增大,所(suǒ)以采用壁(bi)面取壓方(fāng)式時,計算(suàn)得出流出(chu)系數平均(jun)值與實流(liu)實🔴驗得出(chū)的流🐉出系(xi)數平均值(zhí)之間的相(xiang)對誤差依(yī)次減小.
5結(jié)語
　　通過有(you)限體積法(fa)數值求解(jie)Reynolds平均N-S方程(cheng),湍流模型(xing)分✂️别⛷️用STD模(mo)型、SST模✨型及(ji)STD+SST組合模式(shi)對3塊多孔(kong)孔闆流量(liang)計進行了(le)數值模拟(ni).結果表明(ming):對于中心(xin)節流孔與(yǔ)環⭐形排列(liè)孔之間距(ju)離較小的(de)多孔孔闆(pǎn)，SST模型收斂(lian)性較好;對(dui)于🔞中心節(jiē)流孔與環(huan)形排列的(de)小孔之間(jiān)距離較大(da)的多孔孔(kǒng)闆,SST模型計(jì)算結果收(shōu)⭐斂困難,STD+SST組(zǔ)合模式在(zài)保證計算(suan)精度的前(qian)提下改善(shàn)了收斂效(xiao)果.相對STD模(mó)型,SST模型更(gèng)加适合計(jì)算多孔孔(kong)闆流量計(ji)的内部流(liu)場,計算結(jié)果🌂與射流(liu)力學中的(de)雙股射流(liu)理論-緻,與(yǔ)實流實驗(yàn)結果誤差(chà)的最大值(zhi)爲4.2%,并且♊能(neng)反映出不(bú)同多孔孔(kong)闆流出💃🏻系(xì)數線性度(dù)的差異.因(yin)此，利用該(gāi)方法計算(suan)多孔孔闆(pǎn)🐕流場對優(yōu)化多孔孔(kong)闆👉結構具(ju)有一定的(de)指導意義(yi)，并且對其(qi)他具有射(shè)流性質的(de)流場仿真(zhen)具有一定(dìng)的參考價(jia)值.

以上内(nèi)容源于網(wǎng)絡，如有侵(qin)權聯系即(ji)删除!