摘要：爲了提(tí)高多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qi) 的計量性能(neng),利用仿真計(jì)算與實流實(shi)驗相結合的(de)方式對🐕多孔(kong)孔闆流量傳(chuan)感器的結構(gòu)參數對計量(liàng)性能的影響(xiǎng)進行了研究(jiū)。利用實流實(shi)驗結果和多(duō)股射流的研(yán)究成果對🍉仿(pang)真計算結果(guo)進行驗證,結(jié)果表明:多孔(kǒng)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(xiǎng);.流出系數C受(shou)到相對入射(she)🐉間距s、環狀排(pai)列孔所在區(qu)域的外緣與(yǔ)管壁之間的(de)最小距離🌐d2和(hé)厚度I的影響(xiǎng);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(yǐng)響。
多孔孔闆(pǎn)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(se)的計量性能(neng)。多孔孔闆的(de)孔排列方式(shì)及孔闆的厚(hou)度等幾何參(can)數決定了😄流(liú)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(bǐ)β=0.6)具👈有不同孔(kǒng)分📧布形式和(he)厚度的多孔(kong)孔闆🔴。在流速(sù)範圍爲0.5~7.5m/s的工(gong)況下,利用仿(páng)真計算與實(shi)流實驗相結(jie)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(kǒng)闆流量傳感(gan)器簡介
　　由射(shè)流理論可知(zhi),介質經過多(duo)孔孔闆後形(xíng)成多股受限(xiàn)性☁️淹沒射流(liu)，因此多股射(shè)流的研究成(cheng)果對于研究(jiū)多孔孔闆流(liú)量傳感器具(ju)有一定的指(zhǐ)導意義。多股(gu)射👣流與單🈲股(gǔ)射流的主要(yao)區别是孔間(jian)射流射出後(hòu)在其相鄰兩(liang)股射流之間(jiān)存在相互㊙️卷(juàn)吸作用,這直(zhi)接影響着流(liu)動的發生與(yǔ)發展過程,因(yīn)此多;股射流(liu)的流場比單(dān)股射流的流(liu)🤞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(dui)多股射流進(jìn)行⁉️了研究,目(mu)前已經對流(liu)動特性和流(liú)動機📞理有了(le)一定✏️的認識(shi)。爲了便于研(yán)究，雙股射流(liú)成爲衆多學(xué)者研究多股(gǔ)射流的基礎(chu)。
 
　　由文獻[4~8]可知(zhi),雙股射流按(àn)其流動特性(xìng)可分爲會聚(ju)區和聯合區(qu),如圖1所示。由(you)于兩股射流(liu)的卷吸和幹(gàn)擾,以緻在兩(liang)股射流♊的彙(huì)聚區内形成(cheng)負壓區,在該(gāi)區内存在一(yi)對穩定的旋(xuán)轉方向相反(fǎn)的旋渦，旋渦(wo)♈的長度随着(zhe)孔間間距的(de)增大而增長(zhǎng)[6]。在兩股射流(liu)聯合後下遊(you)附近速度由(yóu)㊙️會聚區内的(de)⛷️負值變爲正(zheng)值,預期存在(zài)一個點,在該(gāi)點的.速度爲(wèi)零,這個點稱(chēng)爲自由滯點(diǎn)或混♊合點95),通(tong)過确定該點(diǎn)的位置可以(yi)反映出會聚(jù)區内旋渦的(de)長度。射流的(de)出射速度越(yuè)大,對周圍流(liu)體的卷吸作(zuò)用越強烈,射(she)流之間的旋(xuan)渦也越強烈(liè),因此❓多股射(shè)流流場中會(hui)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(zheng)對多孔孔闆(pan)的流場進行(háng)了區域㊙️劃分(fen)，如圖2所示。
 
2多孔孔(kong)闆流量傳感(gan)器結構和參(can)數定義，
　　多孔(kong)孔闆流量傳(chuán)感器的簡化(hua)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(xin)節流孔外緣(yuán)之間的❤️最小(xiao)距離;d2爲環形(xing)排列孔❌外緣(yuan)與管壁之間(jiān)的最小距離(lí);D爲多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qi)口徑;D1爲中心(xīn)節流孔的直(zhi)徑;D2爲環狀排(pái)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(wèi)環狀排列孔(kǒng)中相鄰🈚孔邊(bian)緣的最小距(jù)離;P1、P2爲多孔孔(kǒng)闆的安裝定(ding)位标志，當位(wèi)置P1與上🔆/下遊(yóu)取壓孔在一(yī)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(zhí)線上時爲安(ān)裝方式二;1爲(wèi)多孔🔴孔闆的(de)厚度。
 
　　定義s爲相(xiang)對人射間距(jù),其計算式爲(wèi):
 
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(ān)裝方式下👌進(jin)行,并且在同(tong)一流量範圍(wei)内利用稱重(zhòng)法檢定裝置(zhì)對實驗樣機(ji)進行标定,實(shí)驗結🤞果見表(biǎo)2。在仿真計算(suan)中,按照實流(liú)實驗方法利(li)用SSTk-w湍流模型(xing)對實驗樣機(jī)進行仿真計(ji)算[9.10],計算結果(guǒ)與實流實🔞驗(yan)結果的相對(duì)誤差在5%以内(nèi)。因此仿真計(ji)算結果可以(yi)對🔞多孔孔闆(pan)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(kong)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(biǎo)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(shu)平均值的相(xiàng)對誤差Ec較小(xiao)(Ec≤0.23%),說明多孔孔(kǒng)闆流量傳感(gan)器的安:裝位(wei)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(shi)下測得的流(liú)出系數平均(jun)值的相對誤(wu)差Ec較大(Ec=2.35%),說明(míng)多孔孔闆流(liu)量傳感器的(de)安裝位置💔變(bian)化對計量😍結(jie)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(yàn)結果可以看(kan)出:
a.當參數s≤0.34時(shi),樣機a、b、c、d、e的流出(chū)系數C随着參(cān)數d,的減小而(er)增大;
b.當參數(shù)s(s=0.99)較大時(如樣(yang)機f),d2=0.0425D,是所有樣(yàng)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(xing)能的影響
　　當(dāng)結構參數d1在(zài)較小的範圍(wéi)内(0.0450D≤D1≤0.0750D)變化時,流(liú)出系數的線(xiàn)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(yang)機d、e、f),流出系數(shu)C的線性度在(zài)0.8%以上🤩。以具有(you)相同厚度l的(de)樣機a、b、d、e爲例來(lái)分析上述實(shí)驗結果🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。節流(liu)式🐪流量傳感(gǎn)器差壓信号(hào)的穩定性主(zhǔ)要是受節流(liú)件下遊的旋(xuan)渦影響,多⛱️孔(kǒng)孔闆下遊♋的(de)旋渦主要由(yóu)壁面旋渦區(qu)和射流間旋(xuán)渦區組成。由(you)仿真計算結(jie)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(shì)相互獨立的(de)，因此💚經過環(huan)狀排列孔的(de)💞射流對壁面(miàn)回流區的旋(xuan)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(jī)a、b、d、e的流出系數(shu)随着結構參(cān)數d2的增大而(ér)減小,這表明(ming)壁面處旋渦(wo)強度随着結(jié)構🤟參數dr的增(zeng)大而增強，而(ér)線性度卻随(suí)着參數d2的增(zeng)大而提高。上(shang)述分析表明(míng)多孔孔闆👈射(shè)🏃‍♂️流間的旋渦(wō)是影響線性(xìng)度的主要因(yīn)素。從圖5中可(kě)以看出,經過(guo)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(diǎn)分别在距🐉離(li)孔闆下遊面(mian)12、17、25、.85mm位置處,其中(zhong)樣機d自由滞(zhi)點幾乎與取(qu)壓👅位置重合(he),而樣機e的自(zi)由滞點遠離(lí)取壓位置。這(zhè)說明環狀📞排(pái)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(cān)數d,的增大而(ér)增長,與文獻(xian)[6]的結論一緻(zhi)。當射✂️流間👅旋(xuán)渦區長度接(jiē)近取壓位置(zhi)或者超出取(qǔ)壓位置時,多(duō)孔孔闆流出(chu)系數C的線性(xìng)度較差;當射(shè)流間旋渦🥰的(de)長度在離取(qu)壓位置在一(yī)-定距離範圍(wei)内變化時,多(duo)孔孔🌏闆流出(chū)系數C的線性(xing)度幾乎無變(bian)化。綜上所述(shu),結構參數D1是(shi)影響多孔孔(kong)闆流量傳感(gan)器流出系🥰數(shù)線性度的❌主(zhǔ)要因✂️素。
 
3.4厚度(dù)l對多孔孔闆(pan)流量傳感器(qi)計量性能的(de)影響
　　樣機b、c的(de)厚度t不同,其(qí)中樣機b的厚(hòu)度t=5mm,樣機c的厚(hou)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(jia)而增大。對樣(yang)機b與c的實驗(yàn)結果分析如(rú)下:圖6爲😘樣機(jī)b、c在孔闆下遊(you)P1取壓位置處(chù)的速度曲線(xiàn)，圖中區域I爲(wèi)通過環狀排(pái)列孔的速度(dù)剖面⭐。`Vb、`Vc分别表(biǎo)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(yù)I中`Vc<`Vb。由多股射(shè)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(xī)作用較弱,因(yīn)此壁🐅面處旋(xuán)渦強度較小(xiǎo),從而使流出(chu)系數C變大。
4結(jie)論
4.1在不同安(ān)裝方式下測(ce)得的流出系(xì)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(ju)s影☁️響。
4.2流出系(xi)數C受環狀排(pai)列孔人射間(jiān)距s、結構參數(shu)d2和厚度影響(xiǎng)🐇,影響方式爲(wei):當s較小時(s<0.72),流(liú)出系數C随着(zhe)參數d2的減小(xiao)而增大;當s較(jiào)大時(s=0.99),流出系(xì)數C的大小不(bú)受參數d2的影(yǐng)響,其大小接(jie)近相同β值的(de)标準孔闆;對(dui)于具👄有相同(tóng)孔💋分布形式(shi)且β值相同的(de)多孔孔闆,流(liu)出系🌏數C随着(zhe)厚度?的增加(jia)而增大。
4.3流出(chū)系數C的線性(xìng)度受參數d,的(de)影響:當D1在較(jiao)小範圍内變(biàn)化❗時(0.0450D≤d1≤0.0750D),流出系(xi)數的線性度(du)較好(0.5%),并且幾(jǐ)乎不變;當d,在(zai)較大範圍内(nèi)時(d1≥0.1D),流出系數(shù)C的線性度變(bian)差,在0.9%以上。

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