摘要:針對(dui)孔闆流量計(jì) 測量精度及(ji)節能降耗的(de)要求，對5種結(jié)構的單孔闆(pǎn)進🍓行💛了♊數值(zhí)模拟研究。進(jin)行了數值模(mó)拟與标準孔(kong)闆實🈲驗比對(dui),對🔴模拟方法(fǎ)✏️的可靠性進(jin)行了驗證，在(zai)💞此基礎🧡上進(jìn)一💯步完成了(le)5種結構10組流(liú)速下的數值(zhí)研究。通過速(sù)度矢量圖得(dé)出孔口後流(liu)态的變化;計(jì)算流量系數(shù)👨‍❤️‍👨，得出流量系(xi)數與雷諾數(shù)關系曲線、軸(zhóu)線距離與壓(yā)力關系圖、壓(yā)差與雷諾數(shu)關系圖。結果(guǒ)表明,5種孔闆(pǎn)中外🔴凹型孔(kǒng)闆流量計II因(yīn)爲闆前緩沖(chòng)段較爲理想(xiang),對流體起到(dào)了整流的作(zuo)用，減弱了闆(pǎn)前流體死區(qu)的形成和闆(pan)後渦流的形(xing)成,降低🧡了孔(kong)💁闆流量計的(de)壓力損失,且(qiě)🔴流量系數大(da),随雷諾數增(zeng)👨‍❤️‍👨大壓差增大(da)🌂緩慢,壓力恢(hui)🐕複快。
　　孔闆流(liu)量計是常見(jiàn)的測流量裝(zhuāng)置，以連續性(xìng)方程和伯努(nu)利方程爲理(lǐ)論基礎。流體(tǐ)在通過節流(liú)元件時,由于(yu)流通面積的(de)突然收縮促(cu)使流體加速(sù)，産生節流效(xiào)應,使孔闆前(qián)後産生壓☎️差(cha),通過測量壓(yā)差從而計算(suan)出管道中的(de)流量。節流元(yuán)件的尺寸和(he)結構的不同(tong),會導緻測量(liang)精度、測量壓(ya)力、管徑範圍(wei)及流🌈量系數(shù)随雷諾數變(biàn)化關系的差(chà)異。選擇或者(zhe)設計出較爲(wèi)理想的孔闆(pǎn)流量⭕計,是計(ji)量行業發展(zhan)的需要。采用(yong)數值模拟分(fèn)🔴析研究管内(nèi)孔闆類節流(liú)元件的相關(guān)流場已有數(shù)十年的曆史(shi),采用ANSYSFluent軟件,選(xuan)擇5種👉标準及(jí)非标準孔闆(pǎn)作爲對象,爲(wei)非标準孔闆(pan)流量計的與(yu)發展提供一(yi)定依據。
1研究(jiu)模型
1.1幾何模(mó)型
　　模拟5種不(bu)同孔闆形狀(zhuàng)的孔闆流量(liang)計，見圖1。
　　5種孔(kǒng)闆均按照ISO5167國(guó)際标準，确定(ding)孔闆尺寸。根(gēn)據相關規定(dìng),孔🈲闆🍓節流元(yuan)件的孔徑與(yǔ)孔闆通徑比(bǐ)值d/D=0.2~0.8;最小孔徑(jing)dmin≥12.5mm;直孔部分🧑🏽‍🤝‍🧑🏻厚(hou)度h=(0.005~0.02)D;總厚🌈度H<0.05D這(zhe)5種孔闆公稱(cheng)通徑D=40mm,節流元(yuan)件🌈的孔徑d=20mm,d/D=0.5。
 
 
1.2流(liu)量系數計算(suan)模型
　　計算每(mei)個孔闆流量(liang)計對應的流(liú)量系數見公(gōng)式(1)
 
　　式中:qm爲流(liu)體的質量流(liú)量,kg/s;A0爲孔口截(jie)面積,m2;p爲流體(ti)密度,kg/m3;△p爲孔口(kǒu)兩側壓差,Pa。
2模(mó)型驗證及數(shù)值模拟
2.1實驗(yàn)驗證過程
　　爲(wei)了确保數值(zhí)模拟過程設(she)置正确,将模(mó)拟結果與🌈實(shi)驗值進行了(le)比對實驗采(cǎi)用裝置見圖(tú)2。
 
　　水由離心泵(beng)從水箱抽出(chū)後,經過孔闆(pǎn)流量計，通過(guo)彎管再流🌈回(hui)水箱。其中孔(kong)闆流量計爲(wèi)标準型，管道(dào)内徑👉40mm,孔闆口(kǒu)徑♌35mm,孔闆厚度(du)5mm。在不同的閥(fá)門開度下,測(ce)試孔闆🐉流量(liang)計壓差,計💋算(suan)流量及流量(liàng)計流量系數(shu)。實驗、模拟結(jié)果對比見圖(tú)3。
 
　　由圖3可知，模(mó)拟與實驗吻(wěn)合,對模拟方(fāng)法的可靠性(xing)進行了驗證(zheng).。
2.2數值模拟設(shè)置
　　由于孔闆(pǎn)流量計的軸(zhou)對稱特性，流(liu)體在經過孔(kong)闆❓流量計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻時(shí)也是對稱的(de),因此選用1/2實(shí)體及對稱面(mian)結構。應用“mesh”進(jin)行模拟實🏃🏻體(ti)的網格劃分(fèn)，見圖4。
 
　　由于孔(kong)闆流量計結(jié)構簡單,因此(ci)在劃分網格(ge)時隻🏃‍♀️需在節(jiē)流元件處既(jì)縮口處進行(hang)網格的加密(mi)。該模拟中采(cǎi)用的介質爲(wei)🔴20℃的水,p=998.2kg/m3,η=0.001Pa·s,操作壓(yā)力爲标準大(dà)氣壓。采用3D求(qiú)解器，湍💘流方(fāng)程用“标準k-epsilon”方(fāng)程;選用速度(dù)進口和壓力(lì)出💚口邊界條(tiáo)⭐件,進行叠代(dai)求解計算。
　　在(zài)模拟過程中(zhōng)取闆前2D、闆後(hòu)5D,即闆前80mm、闆後(hòu)200mm爲計算域。5種(zhǒng)孔闆設定10個(ge)統一的進口(kǒu)流速,分别爲(wèi)0.2.0.5.1.1.5.2、2.5.3.3.5.4.4.5m/s,對應的雷諾(nuò)數🥰值分㊙️别爲(wèi)7.9X103、1.2X104、4.0X104、5.98X104、7.99X104、9.98X104、1.20X105、1.40X105、1.60X105、1.80X105。
3結果與讨論(lun)
　　以ʋ=0.2m/s時孔闆的(de)模拟結果爲(wei)例,各孔闆流(liu)量計的速度(du)矢量雲圖見(jiàn)☎️圖5.
 
 
 
　　由圖5可知(zhi)，流體在經過(guò)闆前區域時(shí)流道急劇收(shōu)縮，速度增大(da)。其中标準孔(kǒng)闆I所形成的(de)孔後大速度(dù)值高,爲💋1.2m/s;外凸(tu)型孔闆川I、加(jiā)厚型孔闆IV次(cì)之,約爲1m/s;外凹(ao)型孔闆I1和直(zhí)邊型孔闆V較(jiào)小,分别爲0.88和(he)0.74m/s。外凸型孔闆(pan)II低🙇🏻流速較大(da)，直邊型孔闆(pan)V次之,其餘均(jun)基本相等。經(jing)過🔴孔口後部(bu)分♉流體流動(dòng)方向發生改(gai)變,産生了一(yī)定🐕的渦流區(qū)域，形成湍流(liú),孔闆的.結構(gòu)不同造成的(de)旋渦湍流區(qu)域形狀及發(fa)展🌈長度也明(ming)顯不同。标準(zhǔn)孔闆I湍流區(qu)較寬,湍流🌈長(zhǎng)度較長。外凹(āo)型🐉孔闆II湍流(liú)段較短,流場(chang)爲整齊,從而(ér)👉也推測出其(qí)節流損失🔞小(xiǎo)。
　　對5種孔闆進(jìn)行了進一步(bu)的數據采集(jí),保持孔闆的(de)直徑比不改(gǎi)變。由流量分(fèn)别計算對應(yīng)的雷諾數,采(cǎi)集每⁉️個孔闆(pan)每個流速所(suǒ)對應的闆前(qian)D、闆後D/2取壓點(dian)所在平面的(de)平均壓力，即(ji)闆前🏃‍♂️40mm、闆後20mm計(ji)算壓差,并根(gēn)據公式(1)計算(suan)出每個✨孔闆(pǎn)對應🐅的流量(liàng)系數,得到流(liu)💘量系數與雷(léi)🛀諾數關系曲(qu)線圖見圖6。
 
　　由(you)圖6可知,雷諾(nuò)數的變化對(duì)流量系數影(yǐng)響不大,說明(míng)這幾種孔闆(pan)都具有良好(hǎo)的穩定性。外(wai)凹型孔闆🏃🏻‍♂️II的(de)流量系數比(bi)其他4種大💘，标(biao)準孔闆I小;加(jia)厚型孔闆IV的(de)流量系數曲(qu)👈線在較大及(ji)較小雷諾數(shu)時變化明顯(xian),因此該類型(xíng)穩定性稍差(chà);直邊型孔闆(pǎn)V穩定性好。
　　沿(yan)軸向的距離(li)L與壓力的關(guān)系見圖7。
 
　　由圖(tu)7可知，幾種孔(kǒng)闆壓降位置(zhì)、壓降大小及(ji)壓力恢🈲複性(xing)不同🎯。加厚型(xing)孔闆IV的壓降(jiang)位置靠前,直(zhi)邊型孔闆V靠(kao)後,其餘三者(zhě)基本接近;标(biāo)準孔闆I的壓(ya)降大,外凹型(xíng)孔闆II壓降小(xiǎo);外凹型孔闆(pan)II的壓力恢複(fú)快。
　　壓差△p與雷(lei)諾數的關系(xi)曲線見圖8。
 
　　由(you)圖8可知，幾種(zhong)孔闆壓差△p随(sui)着雷諾數的(de)增大而增大(da),增加趨勢基(ji)本相同,其中(zhōng)标準孔闆I增(zeng)加快大,外凹(āo)型孔闆🔴II增大(da)緩慢🐪。
4結論
　　通(tong)過流場模拟(ni)雲圖、流量系(xì)數與雷諾數(shu)的曲線關系(xì)、中心軸線壓(ya)力分布曲線(xian)、壓差△p與雷諾(nuò)數的曲線關(guan)系的分析可(ke)以得出,5種孔(kong)闆中外凹型(xing)孔闆流量計(jì)II因爲闆前緩(huǎn)沖段較爲理(lǐ)想🔞,對流體起(qǐ)到了整流的(de)作用,減弱了(le)闆前流體死(sǐ)區的形成和(he)闆後渦流❗的(de)形成,降低了(le)孔闆流量🙇‍♀️計(ji)的壓力.損失(shī)。且流量系✌️數(shu)大,随雷諾數(shu)增大壓差增(zeng)大緩慢,壓力(li)恢複⭐快，是📱5個(ge)類型中性能(neng)較好的一種(zhong)。在進行🐕單孔(kǒng)闆流量計的(de)💔設計時，不但(dàn)要滿足直徑(jìng)比,還應該考(kǎo)慮孔闆的厚(hòu)度和孔闆闆(pan)前的過渡段(duan)。孔闆的厚度(du)不宜太薄也(yě)不宜過厚,過(guo)渡🚶段對流體(ti)要能進行整(zheng)合,使流體盡(jin)可能緩和的(de)流人。在孔闆(pan)🈲的設計及使(shǐ)用中,應結合(he)實際情況,應(yīng)用合适尺寸(cùn)類型🈲的孔闆(pan)，确保流量系(xì)數穩定,并降(jiang)低壓力損失(shi),保證流場㊙️穩(wěn)定,進而提高(gāo)孔闆流量計(jì)的質量和測(cè)量的精🔞度。

本(běn)文來源于網(wang)絡,如有侵權(quan)聯系即删除(chu)！