多(duō)孔孔闆(pǎn)流量計(jì) 是一(yī)種(zhǒng)節流式(shì)流量計(jì)，在(zài)圓形(xíng)闆片上布置多(duō)個介質(zhì)流(liú)通孔．對(duì)按照特定方(fāng)式設計的多(duō)孔孔闆局部(bù)壓力(lì)損失系(xì)數(shù)ξ和節流特(tè)性的主效(xiào)應因素進行分(fèn)析，拟合出局部(bù)壓力損失(shī)系數ξ與等效(xiào)直徑比(bǐ)β之間的關(guān)系式(shì)，并且得(dé)出(chū)等效(xiào)直徑比β是影響多孔孔闆節流(liú)效應的主效應(yīng)因素．将(jiāng)a＋flowtek的(de)多孔(kǒng)孔闆(pǎn)流量計同(tóng)傳統(tǒng)節流裝置進行比較，得出(chū)多孔(kǒng)孔(kǒng)闆流量(liàng)計具(jù)有精(jīng)度高(gāo)、壓損(sǔn)小(xiǎo)、需要前(qián)後直管段短(duǎn)等(děng)優點．利用孔分布、孔闆(pǎn)厚(hòu)度以(yǐ)及擾(rǎo)動對多孔(kǒng)孔闆的流出系(xì)數cd的(de)影響．
　　介質(zhì)經過多孔節流(liú)件後(hòu)形成多股(gǔ)受限型射流，由(yóu)于多(duō)股射流之(zhī)間的卷(juàn)吸和(hé)摻混，增加了(le)流場(chǎng)的複雜性(xìng)．taylor在1949年提出了射流卷(juàn)吸假說，1986年(nián)tumer對這(zhè)個假(jiǎ)說的發展(zhǎn)進行(háng)了詳細說(shuō)明．系統(tǒng)地研究(jiū)了射流入射間距對(duì)雙股(gǔ)射流(liú)彙聚區和聯(lián)合(hé)區流(liú)動結構的(de)影響；利用piv技術(shù)在入(rù)射(shè)速度不(bú)同的情(qíng)況(kuàng)下對(duì)雙股平行射流(liú)的卷吸(xī)效應、湍(tuān)流強度、速度剖(pōu)面以及(jí)雷諾應(yīng)力進行了研究(jiū)．利用plif技術對平(píng)行雙股射流流(liú)場中(zhōng)的混(hùn)合區(qū)進行測(cè)量(liàng)．長期以來(lái)研究人員(yuán)分别(bié)從理論分(fèn)析、實(shí)驗測量和數值模拟方面(miàn)對多股射流進行了(le)大量的工(gōng)作，對流場中的一些流動特性(xìng)和流(liú)動機理取得了豐(fēng)富的成(chéng)果．利(lì)用多股射(shè)流理論和實驗(yàn)相結合的(de)方法(fǎ)對多(duō)孔孔闆計(jì)量精度的(de)影響因素．
1結構(gòu)與工(gōng)作原理
　　多孔孔闆流量計(jì)的簡(jiǎn)化結構(gòu)如圖1所(suǒ)示，即在封閉的(de)管道内同(tóng)軸安(ān)裝多孔孔闆，來(lái)流方向(xiàng)如(rú)圖1（a）中(zhōng)箭頭所示，采用(yòng)壁面(miàn)取壓方式(shì)．

不可(kě)壓縮流體的體(tǐ)積流量計算公式爲

　　式中(zhōng)：qv爲體(tǐ)積流(liú)量，m3/s；Δp爲(wèi)差壓(yā)，爲影響流出系(xì)數cd的關(guān)鍵因素，pa；cd爲流出(chū)系數，無(wú)量綱(gāng)，該參數是從實驗中(zhōng)獲得(dé)；ρ爲流體(tǐ)密度，kg/m3；β爲等效直徑(jìng)比；ds爲(wèi)節流孔(kǒng)的等效直徑(jìng)．
2影響計量(liàng)精(jīng)度(dù)的因(yīn)素分析
　　圖(tú)2爲管徑100,mm、β=0.6的(de)多孔孔闆(pǎn)流量(liàng)計在雷諾數爲(wèi)52×10的條(tiáo)件下的内部(bù)流場的速度(dù)矢量(liàng)圖(tú)，在上(shàng)下(xià)遊取壓口處取截面Ⅰ和Ⅱ，根據不可壓縮(suō)流體的(de)伯(bó)努利(lì)方(fāng)程

　　式(shì)中：p1和p2分(fèn)别(bié)爲截(jié)面Ⅰ和Ⅱ處的(de)靜壓力；v1和(hé)v2分别爲截(jié)面Ⅰ和Ⅱ處的平均(jun1)速度；ξ爲局(jú)部壓(yā)損系數(shù)；表示截(jié)面Ⅰ和Ⅱ處的(de)動能(néng)變化(huà)量(liàng)；表示内能損(sǔn)失，與多孔(kǒng)孔闆結構(gòu)相關(guān)．根據(jù)動(dòng)能
第2表達式得

式(shì)中：ω爲(wèi)渦量；v爲(wèi)速度矢量；r爲觀測點與(yǔ)旋轉(zhuǎn)中心之間(jiān)的矢徑．
　　各(gè)流量(liàng)點下流出系數(shù)cd的線性度是衡(héng)量多孔孔闆計(jì)量精(jīng)度的評價(jià)指标，由式(2)、式(5)、式(shì)(6)可知，流出(chū)系數(shù)cd主要受渦量影(yǐng)響．

　　介質經過(guò)多孔孔(kǒng)闆後形(xíng)成多股(gǔ)受限型射流(liú)，射流自孔(kǒng)口出射後與周(zhōu)圍靜(jìng)止流(liú)體間(jiān)形成速度不連(lián)續的(de)間(jiān)斷面，間(jiān)斷面失(shī)穩而産(chǎn)生漩渦．漩渦卷(juàn)吸周(zhōu)圍(wéi)流體進(jìn)入到射流，同時(shí)不斷(duàn)移動、變形(xíng)、分裂産(chǎn)生紊動(dòng)，其(qí)影(yǐng)響逐(zhú)漸向内外(wài)發展形成(chéng)内外兩(liǎng)個自由(yóu)紊動的剪切層(céng)．自由(yóu)剪(jiǎn)切(qiē)層中的漩渦通過分(fèn)裂、變形、卷(juàn)吸和(hé)合并等物(wù)理過(guò)程，除了形成大(dà)量的随機運動(dòng)小尺度紊動渦(wō)體外(wài)，還存在一(yī)部分有序(xù)的大(dà)尺度渦結構．大(dà)尺度渦的(de)拟序(xù)結構(gòu)由縱(zòng)向渦(wō)和展向渦(wō)組成(chéng)，其中展(zhǎn)向(xiàng)渦結(jié)構對剪切層的(de)發展控(kòng)制起主(zhǔ)要作用(yòng)，對(duì)紊流的産生、能(néng)量的(de)傳遞(dì)、動量輸運(yùn)和紊動摻混等(děng)産生直接(jiē)影響(xiǎng)[11-13]，因此，大尺度的(de)展向渦結(jié)構是(shì)影響多孔孔闆(pǎn)流量計計量性(xìng)能的關鍵因素(sù)．
　　大(dà)尺度渦(wō)對周(zhōu)圍流體有強(qiáng)烈(liè)的卷吸作(zuò)用，使(shǐ)周圍(wéi)流體随射流而運動(dòng)，增加(jiā)了射流的(de)總質(zhì)量．卷吸量(liàng)是反映射流卷吸作(zuò)用強弱的标準，其大小與(yǔ)剪切(qiē)層中大(dà)尺度渦(wō)的發展演(yǎn)化過程及(jí)強度(dù)相關(guān)．在管壁(bì)的約束(shù)下，介質進(jìn)入多(duō)孔孔(kǒng)闆後形成(chéng)的射(shè)流(liú)隻能卷(juàn)吸有限的環境(jìng)流體．在靜壓差的影響下(xià)，射流(liú)間以及(jí)射流與(yǔ)壁面之(zhī)間産生(shēng)回流，回(huí)流(liú)區的尺寸由(yóu)流通孔(kǒng)之間的間(jiān)距決定(dìng)．由連續(xù)性方(fāng)程可知，管道中(zhōng)任一(yī)與流向垂(chuí)直截面上的質量通量與管道(dào)入口處的質量(liàng)通量相等，從而(ér)可以得(dé)出(chū)漩渦的卷吸(xī)流量與(yǔ)回流通量相等的結(jié)論(lùn)．因此，利(lì)用回流通(tōng)量來(lái)表征漩渦卷吸(xī)作用的強度，從而揭(jiē)示漩渦的(de)卷(juàn)吸作用對流(liú)量計計量精度(dù)的影響(xiǎng)規(guī)律．
3設計實(shí)驗(yàn)
　　由于要(yào)利用回流通量來揭(jiē)示大(dà)尺度(dù)渦對流量(liàng)計計(jì)量精度的影響(xiǎng)規律，因此需要獲取多孔孔闆(pǎn)流量計(jì)内部流場的(de)真(zhēn)實信息(xī)．對不同形(xíng)式樣(yàng)機進行(háng)實驗與(yǔ)cfd仿真，利用實驗結果及射流理(lǐ)論驗證仿(páng)真(zhēn)精(jīng)度
實流實驗

　　該(gāi)實驗是(shì)在(zài)天津(jīn)大學流量實驗(yàn)室水流量裝置(zhì)上完成的(de)，該裝(zhuāng)置使用稱(chēng)重法(fǎ)檢定，其不确定(dìng)度爲0.05%，流量穩定性(xìng)0.1%，流(liú)量範圍5～300,l/h．文(wén)獻[14]對實(shí)驗裝置(zhì)進行了詳細說(shuō)明，實驗裝置如(rú)圖3所示．爲了保(bǎo)證獲取準(zhǔn)确的(de)差壓信号，在實(shí)驗過程采用

3.2仿真實驗
　　多孔孔闆流量計(jì)流場(chǎng)情況較爲複雜(zá)，這就要(yào)求湍流計算模型對含有大(dà)量漩渦及(jí)剪切(qiē)層(céng)的(de)流場(chǎng)具有較(jiào)好(hǎo)的計算效果；多孔孔(kǒng)闆流量計(jì)采用(yòng)壁面取壓(yā)方式(shì)，該取(qǔ)壓方(fāng)式要(yào)求(qiú)湍流計算模(mó)型對近(jìn)壁區域有較好的(de)計算(suàn)效果．選擇sst(剪切(qiē)應力(lì)傳輸)k-ω湍流(liú)模型．該模(mó)型是(shì)由menter提出的雙方(fāng)程湍流(liú)模(mó)型，集(jí)成了(le)standardk-ω模型(xíng)與standardk-ε模型的特(tè)點．不但(dàn)在近壁(bì)區域及(jí)尾流有很(hěn)好的(de)預測效(xiào)果(guǒ)，而且(qiě)在高雷(léi)諾(nuò)數流(liú)動區(qū)域和(hé)剪切(qiē)層中有較好的(de)預測效果[15-17]．文獻[18]對多孔孔闆的(de)仿真計算進行了詳細描(miáo)述．
　　爲了能夠較爲全(quán)面地反映(yìng)流場中回(huí)流(liú)通(tōng)量的分布規律(lǜ)，在仿真計算結果的(de)後處理(lǐ)中截取(qǔ)多個(gè)徑向截面(miàn)，該截(jié)面位(wèi)于多孔孔闆下遊具(jù)有回流的區域(yù)中，提(tí)取整個截(jié)面上(shàng)的(de)軸向速度．爲(wèi)了求出各(gè)截面(miàn)上(shàng)的回流通量，利(lì)用delaunay三角(jiǎo)化(huà)函(hán)數将(jiāng)整個截面(miàn)上坐标點(diǎn)重構成三角形(xíng)網格，計算每個(gè)網格(gé)的面(miàn)積及(jí)通過(guò)該網格的(de)法向速度，如(rú)圖(tú)5所示(shì)，其中圖5(a)的(de)坐标爲(wèi)管(guǎn)道徑(jìng)向位(wèi)置(zhì)，單(dān)位爲(wèi)m．
回流通量的計算公(gōng)式(shì)爲
qt=∑aivi(7)
式(shì)中(zhōng)：iv表示與流向相(xiàng)反的(de)速(sù)度；ia表示法向速度與流(liú)向相反的單元(yuán)格面(miàn)積．
3.3仿(páng)真結(jié)果驗證
　　結合多(duō)股射流(liú)理論及(jí)實流(liú)實驗對仿(páng)真結果進行定(dìng)性和定(dìng)量驗證(zhèng)，從表1中可(kě)以看(kàn)出仿真(zhēn)計(jì)算結果與(yǔ)實(shí)流(liú)實驗(yàn)結果的(de)相對誤(wù)差在5%以内(nèi)，表中(zhōng)ε爲仿真流出系數ccfd與實(shí)驗(yàn)流出(chū)系數cexp的相對誤差，表達式爲。圖6～圖8分别(bié)是(shì)樣機(jī)c速度(dù)雲圖、湍流(liú)強度雲圖、渦量(liàng)雲圖，從圖中可(kě)以看出介質經(jīng)過多(duō)孔孔闆後形成(chéng)多股受限型射流(liú)，射(shè)流之間相(xiàng)互卷吸而(ér)産生會(huì)聚(jù)，最終合成一股射流；射流之間和射(shè)流與壁(bì)面之間有回流(liú)産生；湍(tuān)流強度最大的(de)位置(zhì)在(zài)射(shè)流的剪切層中(zhōng)；在剪(jiǎn)切層(céng)中産生大(dà)尺度(dù)展(zhǎn)向渦．上(shàng)述現象與文獻(xiàn)[10]描述(shù)一(yī)緻(zhì)．因此，仿真計算(suàn)結果(guǒ)與真實流動狀(zhuàng)況吻(wěn)合．


1160-13
4數(shù)據處理
4.1實(shí)驗數據處(chù)理
　　 節流式流量(liàng)計 的線性度δl及(jí)重複性(xìng)σ是(shì)評價(jià)流量計性能的(de)重(zhòng)要指标，δl越小(xiǎo)計量(liàng)精(jīng)度越高(gāo)，σ越大穩定性越差，表達(dá)式分别(bié)爲

　　從圖(tú)9中可以看出，實(shí)驗樣機(jī)的σi均随着(zhe)雷諾數re的(de)增大(dà)而減(jiǎn)小，當(dāng)re增大到一(yī)定程度(dù)時(shí)，σi接近(jìn)常(cháng)數，并且(qiě)樣機(jī)a的σ值最大，樣(yàng)機(jī)b次之，樣機c最小(xiǎo)．從圖(tú)10中可(kě)以看(kàn)出，随着re的增大，流出系數(shù)cd由波(bō)動較大發展到接近某一常數(shù)．流出(chū)系(xì)數cd接近常數的流速區間爲流(liú)量(liàng)計的(de)量程範圍，線性(xìng)度δl表(biǎo)征在(zài)量程(chéng)範圍内的計量(liàng)精度．樣機(jī)a在6∶1的量程範圍内δl=0.91%；樣(yàng)機b在(zài)8∶1的量程範圍内δl=0.75%；樣機(jī)c在15∶1的(de)量程範圍(wéi)内δl=0.57%．

4.2回流通(tōng)量數(shù)據處(chù)理
　　圖11～圖13爲實驗(yàn)樣機在不同(tóng)流(liú)速下的回(huí)流通量随(suí)流(liú)向距離(lí)的變化曲線，圖中以無量綱值(zhí)qr/qv作爲縱坐标，表(biǎo)征回(huí)流通量的大小(xiǎo)，qr爲(wèi)回流通(tōng)量，qv爲(wèi)管道入口(kǒu)流量．從圖中可(kě)以看出(chū)，在(zài)各流(liú)速點(diǎn)下無(wú)量綱(gāng)值qr/qv沿(yán)流向呈抛(pāo)物線(xiàn)變化，并且(qiě)各樣機的qr/qv的最(zuì)大值(zhí)出現位置(zhì)固定(dìng)；随着(zhe)流速(sù)的增加，qr/qv增加，當流速(sù)增(zēng)加(jiā)到某(mǒu)一值時，qr/qv沿(yán)流向(xiàng)的分布曲線重(zhòng)合．因此(cǐ)，qr/qv從(cóng)沿流向的(de)非(fēi)相(xiàng)似分布過渡(dù)到相似(sì)分布．在(zài)非相似(sì)分布速(sù)度(dù)區間中，各流速點下(xià)的回流(liú)通量沿流向分布差異(yì)較大；而在(zài)相似(sì)分布(bù)速度區間(jiān)中，各流速(sù)點下(xià)的回流通量沿(yán)流向(xiàng)分布(bù)重合．非相似(sì)分布與(yǔ)相似分布之間一定存在一個(gè)臨界(jiè)速度點vc，vc的取值與樣機的(de)結構相關，樣機a的cv取(qǔ)值(zhí)是(shì)1.25,m/s，樣機b的vc取值是0.70,m/s，樣機c的vc取(qǔ)值是0.50,m/s．因此，v<1.25m/s、v<0.70,m/s、v<0.50m/s分别爲樣(yàng)機a、b、c的qr/qv的(de)非相似分布(bù)速度區(qū)間(jiān)；v≥1.25m/s、v≥0.70m/s、v≥0.50m/s分别(bié)爲樣(yàng)機a、b、c的(de)qr/qv的相(xiàng)似分布速度區間．

　　樣(yàng)機結構不同，在相同速度點下(xià)的(de)qr/qv不同．圖(tú)14與圖15分别(bié)爲樣機a、b、c在流(liú)速(sù)v=0.3m/s和v=2.0,m/s時(shí)的回流通量沿(yán)流向的分(fèn)布曲(qǔ)線．在v=0.3m/s時，樣(yàng)機a、b、c的回流(liú)通(tōng)量沿流向呈非(fēi)相(xiàng)似分(fèn)布；在(zài)v=2.0,m/s時(shí)，樣機a、b、c的(de)回流(liú)通量(liàng)沿流(liú)向呈相似分布．在這兩個速度(dù)點下，樣機a的qr/qv最(zuì)大，樣機b次之，樣(yàng)機(jī)c最小．

4.3結果分(fèn)析
　　從數據處理的結(jié)果(guǒ)可以看(kàn)出回(huí)流通量與多孔孔(kǒng)闆流量計的計量性能(néng)之間(jiān)具有較強(qiáng)的規(guī)律性(xìng)．
　　對于(yú)同一(yī)塊多(duō)孔孔(kǒng)闆流量計，在v<vc這(zhè)一流速區間内(nèi)，各流速點(diǎn)下的(de)回流通量qr沿流(liú)向呈非相似分(fèn)布，流出系數cd波(bō)動較大且(qiě)重複性σ較(jiào)低；在v≥vc這一(yī)流速區間(jiān)内，各(gè)流速點下(xià)的回(huí)流通量qr沿(yán)流向(xiàng)呈相似(sì)分布，流(liú)出系數cd的(de)線性(xìng)度δl較小且(qiě)重複(fú)性σ較高．這說明(míng)在低流速下，湍流(liú)脈動頻(pín)率低(dī)，大尺(chǐ)度漩渦的運動(dòng)過程(chéng)對差(chà)壓信(xìn)号影響明(míng)顯；在流速(sù)較高時(shí)，湍流(liú)脈動頻(pín)率增強，大(dà)尺度(dù)漩渦(wō)的運動過(guò)程對差壓信号(hào)影響(xiǎng)程度(dù)減弱(ruò)．
　　對于不(bú)同(tóng)多孔(kǒng)孔闆流量(liàng)計，在(zài)v＜vc流速區間内的相同(tóng)速(sù)度(dù)點下(xià)，流出系數cd的重複性(xìng)随回流通(tōng)量的(de)增大(dà)而降(jiàng)低，各(gè)樣(yàng)機(jī)的臨(lín)界速度vc随(suí)回流通量的增加而升高，即(jí)量(liàng)程範(fàn)圍随回流通量(liàng)的增(zēng)加而減小；在v≥vc的(de)流速(sù)區間内，流出系(xì)數cd的(de)線性(xìng)度δl随回流(liú)通量的(de)增(zēng)加而增大．
5結語
　　流體通過多(duō)孔(kǒng)孔闆(pǎn)後産生的回流(liú)通量(liàng)可以作爲多孔(kǒng)孔闆流量(liàng)計的計量(liàng)性能(néng)的優(yōu)化指标．回(huí)流通(tōng)量随流速的變化呈非相(xiàng)似性分(fèn)布與(yǔ)相(xiàng)似性(xìng)分(fèn)布，兩種(zhǒng)分布(bù)狀(zhuàng)态(tài)之間存在臨界速度(dù)vc，vc的大小與(yǔ)多孔(kǒng)孔闆(pǎn)的結構相(xiàng)關，vc越小，量(liàng)程範(fàn)圍越寬(kuān)；當(dāng)回流(liú)通量沿(yán)流(liú)向呈(chéng)非相似性分布(bù)時，同一塊(kuài)多孔(kǒng)孔闆在相(xiàng)同流(liú)速點下(xià)的流出系數cd重(zhòng)複性較(jiào)差，在不同(tóng)流速(sù)下流出系數cd波(bō)動較大；當(dāng)回流(liú)通量沿(yán)流(liú)向分(fèn)布具有相(xiàng)似性(xìng)時，同一塊多孔(kǒng)孔闆在(zài)相同(tóng)流(liú)速點下的(de)流出(chū)系數cd重複性較(jiào)好，在不同流速(sù)下流出(chū)系數cd線(xiàn)性度較高；并且(qiě)不同結構的多(duō)孔孔(kǒng)闆(pǎn)在相同(tóng)流速(sù)點下的回(huí)流通量越小，流(liú)量計的計量性(xìng)能越(yuè)高．利用該方法優(yōu)化多孔孔闆流量計不(bú)但可以(yǐ)降低成本、容易實現，而(ér)且對優(yōu)化其他(tā)形式的節流式流量計具有一(yī)定的(de)意義．

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