摘(zhāi)要：爲(wèi)了提(tí)高多(duō)孔孔(kǒng)闆流量傳感器(qì) 的計(jì)量性能,利(lì)用仿(páng)真計算與(yǔ)實流實驗相結(jié)合的方(fāng)式(shì)對多孔孔(kǒng)闆(pǎn)流(liú)量傳感器(qì)的結構參(cān)數(shù)對計量性能(néng)的影響進(jìn)行了(le)研究。利用(yòng)實流(liú)實驗結果和多(duō)股射流的研究成果對仿真計(jì)算結果進行驗(yàn)證,結(jié)果(guǒ)表明:多(duō)孔孔闆(pǎn)安(ān)裝位置對(duì)計量結果(guǒ)的(de)影響程度受(shòu)相對(duì)入(rù)射間距(jù)s影響;.流出(chū)系數(shù)c受到(dào)相對(duì)入射(shè)間距s、環狀排列(liè)孔所(suǒ)在區域的(de)外緣(yuán)與管壁之(zhī)間的最小(xiǎo)距離(lí)d2和厚度i的影響;流出系(xì)數c的線(xiàn)性度(dù)主要(yào)受環(huán)狀排列孔所在(zài)區域(yù)内(nèi)緣(yuán)與中心節流(liú)孔邊緣之間的最(zuì)小徑(jìng)向距離(lí)d,影響。
多(duō)孔孔闆流(liú)量傳(chuán)感器(qì)是(shì)在标準(zhǔn)孔闆基(jī)礎(chǔ)上發(fā)展起(qǐ)來的節流(liú)裝(zhuāng)置,是一個對稱的(de)多(duō)孔圓(yuán)盤(pán)。從文(wén)獻[1~3]可以看(kàn)出，該(gāi)流量(liàng)計具(jù)有比标準(zhǔn)孔闆(pǎn)更爲(wèi)出色的計(jì)量性能。多孔孔闆的孔排(pái)列方(fāng)式及(jí)孔闆(pǎn)的厚(hòu)度等幾何(hé)參數決定了流量傳感器的(de)測量性(xìng)能。設(shè)計(jì)了(le)6種口(kǒu)徑(d=100mm、等(děng)效直徑比(bǐ)β=0.6)具有不(bú)同孔分(fèn)布形式和厚度(dù)的多孔孔(kǒng)闆。在(zài)流速(sù)範圍爲0.5~7.5m/s的(de)工況下,利(lì)用仿真計(jì)算與實流實(shí)驗相結(jié)合的(de)方法對多孔孔(kǒng)闆的幾(jǐ)何(hé)結構對計(jì)量性能的(de)影響(xiǎng)進行(háng)了研究(jiū)。
多(duō)孔(kǒng)孔闆流(liú)量傳感器簡介(jiè)
　　由射流理論可(kě)知,介(jiè)質經過多(duō)孔孔闆後(hòu)形成(chéng)多股受限性淹(yān)沒射流(liú)，因此多(duō)股射流的研究(jiū)成果對(duì)于研究(jiū)多孔孔闆(pǎn)流量(liàng)傳感器具有一(yī)定的指導意義(yì)。多股射(shè)流與單(dān)股射(shè)流(liú)的主要區别(bié)是(shì)孔間射(shè)流射(shè)出後(hòu)在其(qí)相鄰兩股射流(liú)之間存(cún)在(zài)相互(hù)卷吸(xī)作用,這直接影響着(zhe)流動(dòng)的發(fā)生(shēng)與發展(zhǎn)過程(chéng),因此多;股射流的流場比單股射(shè)流(liú)的流場要複雜(zá)很多(duō)。國内外學者通(tōng)過理論分析、實(shí)驗測量(liàng)和(hé)數值(zhí)模拟的(de)方(fāng)式對(duì)多股射流進行(háng)了研(yán)究,目前已(yǐ)經對流動(dòng)特(tè)性(xìng)和流(liú)動機理有(yǒu)了一定的認識(shí)。爲了(le)便(biàn)于研究，雙股射流(liú)成爲(wèi)衆多(duō)學(xué)者研(yán)究(jiū)多股(gǔ)射(shè)流(liú)的基礎。
 
　　由文獻[4~8]可知,雙股射流按其流動特(tè)性可分(fèn)爲會聚區和聯合區,如圖1所示。由于兩(liǎng)股射流的卷吸和(hé)幹擾(rǎo),以緻在兩股射(shè)流的彙聚區内(nèi)形成負(fù)壓(yā)區,在(zài)該區(qū)内(nèi)存(cún)在一(yī)對穩(wěn)定的(de)旋轉方向相反的旋(xuán)渦，旋渦的(de)長度(dù)随着孔間間距的增(zēng)大(dà)而增長(zhǎng)[6]。在兩股射(shè)流聯(lián)合後下遊附近(jìn)速度由會聚區(qū)内的負值變爲(wèi)正值,預(yù)期存在一個點,在該點(diǎn)的.速(sù)度爲零,這(zhè)個點(diǎn)稱爲(wèi)自由(yóu)滯點或混合點(diǎn)95),通過(guò)确(què)定該點的位(wèi)置可(kě)以反(fǎn)映出(chū)會聚(jù)區内(nèi)旋渦(wō)的長度。射(shè)流的(de)出射速度越大,對周圍流(liú)體的卷吸作用越強烈,射流之(zhī)間的旋渦(wō)也越強烈(liè),因此(cǐ)多股(gǔ)射流流場中會有射(shè)流運(yùn)動方(fāng)向(xiàng)偏轉的(de)現象發生(8]參考雙股(gǔ)射流的流動特征對多(duō)孔(kǒng)孔闆(pǎn)的流場進(jìn)行了(le)區(qū)域(yù)劃分，如圖(tú)2所示。
 
2多(duō)孔孔(kǒng)闆流(liú)量傳感器(qì)結構(gòu)和參數定義，
　　多孔(kǒng)孔闆(pǎn)流(liú)量傳感(gǎn)器(qì)的簡(jiǎn)化示(shì)意(yì)圖如圖(tú)3所示,其中d1爲環(huán)形排列(liè)孔内緣(yuán)與中心節(jiē)流(liú)孔外緣之間(jiān)的最(zuì)小距離(lí);d2爲環形排列(liè)孔外緣與管(guǎn)壁(bì)之間(jiān)的最(zuì)小距離;d爲多孔(kǒng)孔闆流量(liàng)傳感器口徑;d1爲中心(xīn)節流孔的直徑;d2爲環狀排列孔(kǒng)的直徑(jìng);d3爲環狀(zhuàng)排列孔圓心所在圓的直徑;τ爲(wèi)環狀(zhuàng)排列(liè)孔中相(xiàng)鄰孔邊緣的最小距離;p1、p2爲多(duō)孔孔闆的(de)安裝(zhuāng)定位标(biāo)志，當位(wèi)置p1與(yǔ)上(shàng)/下(xià)遊取(qǔ)壓孔在一條直(zhí)線上時爲安(ān)裝(zhuāng)方式(shì)一,當位置(zhì)p2與上/下遊(yóu)取壓(yā)孔在一條直線(xiàn)上時(shí)爲安(ān)裝方(fāng)式二(èr);1爲(wèi)多孔(kǒng)孔(kǒng)闆的厚度(dù)。
 
　　定義s爲相(xiàng)對人(rén)射間(jiān)距(jù),其計算(suàn)式爲:
 
3實驗(yàn)結果(guǒ)分析
　　爲了分析(xī)多孔孔闆結構(gòu)參數對多孔孔闆計(jì)量性能(néng)的(de)影響,設(shè)計了不(bú)同形(xíng)式(shì)的實驗樣機(圖4),各(gè)樣機(jī)的具體結構參(cān)數見(jiàn)表1。實流(liú)實(shí)驗在(zài)兩種(zhǒng)孔闆(pǎn)安裝方(fāng)式下進(jìn)行,并且在同一(yī)流(liú)量範圍(wéi)内利(lì)用稱(chēng)重法檢定(dìng)裝置對實驗樣機進行标(biāo)定,實(shí)驗結果見表2。在仿真計算中,按(àn)照實流實驗方(fāng)法利用sstk-w湍流模(mó)型對實(shí)驗樣機(jī)進行(háng)仿真計算(suàn)[9.10],計算結果與實(shí)流實(shí)驗結果的(de)相對(duì)誤差在5%以内。因此(cǐ)仿真計(jì)算結果可以對多孔(kǒng)孔闆流量(liàng)傳感器實流實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行合(hé)理分(fèn)析(xī)。
 
3.1s對多孔(kǒng)孔闆(pǎn)流量傳感器安裝位(wèi)置的(de)影響
　　結構(gòu)參(cān)數(shù)s=t/d2。從表(biǎo)1、2的實驗結(jié)果可以看出，當(dāng)參數(shù)s較(jiào)小(xiǎo)時(s≤0.34),在(zài)兩種安裝方式(shì)下測得的流出(chū)系數平均(jun1)值的(de)相對(duì)誤差ec較小(xiǎo)(ec≤0.23%),說明(míng)多孔孔闆(pǎn)流量傳感器的(de)安:裝位置(zhì)變化(huà)對計量結果影響較小(xiǎo);當參數s較大時(shí)(s≥0.72),在兩種安裝方式下測(cè)得的流出系數平均(jun1)值(zhí)的相對(duì)誤差ec較大(ec=2.35%),說明多孔孔闆流量(liàng)傳感器的(de)安裝(zhuāng)位置(zhì)變化對計(jì)量結果影響較(jiào)大。
3.2d2對多孔孔闆流量傳感器計(jì)量性(xìng)能(néng)的影響(xiǎng)
　　從實驗結果可(kě)以看(kàn)出:
a.當(dāng)參數s≤0.34時,樣(yàng)機a、b、c、d、e的(de)流出(chū)系數c随着參數(shù)d,的減小而增大(dà);
b.當參數s(s=0.99)較大時(shí)(如樣機f),d2=0.0425d,是(shì)所有樣機中(zhōng)的最小(xiǎo)值,但流出(chū)系
數c也最小(xiǎo)。
3.3d,對多孔(kǒng)孔闆流量傳感(gǎn)器性(xìng)能的(de)影響
　　當結構參(cān)數d1在較小(xiǎo)的範圍内(nèi)(0.0450d≤d1≤0.0750d)變化時,流(liú)出系數的線性度較好，約(yuē)爲0.5%,如(rú)樣機(jī)a、b、c;當d1(d1≥0.1050d)較大時(如樣(yàng)機d、e、f),流(liú)出系數c的線性度在0.8%以上(shàng)。以具(jù)有(yǒu)相同(tóng)厚度l的樣機a、b、d、e爲例(lì)來分(fèn)析上(shàng)述實(shí)驗結(jié)果。節流式(shì)流量傳(chuán)感(gǎn)器差(chà)壓信号的穩定(dìng)性主要是(shì)受節流件下(xià)遊的旋(xuán)渦影響,多(duō)孔孔闆下遊的旋渦(wō)主要由壁(bì)面旋渦區和射流間(jiān)旋渦區組(zǔ)成。由(yóu)仿真(zhēn)計算結果(guǒ)可知(zhī),當多(duō)孔孔闆流量傳感器(qì)的參數s≤0.72時(shí),壁面旋渦區與射流(liú)間旋(xuán)渦區(qū)是相互獨(dú)立的，因此(cǐ)經過環狀(zhuàng)排列孔的(de)射(shè)流對壁(bì)面回流(liú)區的旋(xuán)渦強(qiáng)度起主導(dǎo)作用。由(yóu)實(shí)流實(shí)驗結果可(kě)知(zhī),在相同(tóng)流速(sù)下,樣(yàng)機a、b、d、e的流出系數(shù)随着結構參數(shù)d2的(de)增(zēng)大而(ér)減小(xiǎo),這表明壁(bì)面處旋渦強度随着(zhe)結構參(cān)數dr的增(zēng)大而(ér)增(zēng)強，而線(xiàn)性度卻随(suí)着參(cān)數d2的(de)增大而提(tí)高。上述分析表(biǎo)明多(duō)孔孔(kǒng)闆射(shè)流間(jiān)的(de)旋(xuán)渦是(shì)影(yǐng)響線性(xìng)度的(de)主要(yào)因(yīn)素。從圖5中可以看(kàn)出,經(jīng)過樣(yàng)機a.b.d、e的環狀(zhuàng)排列孔(kǒng)射流與(yǔ)中心節流(liú)孔射(shè)流之(zhī)間(jiān)的(de)自由(yóu)滞點分别在距(jù)離孔闆下遊面(miàn)12、17、25、.85mm位置處(chù),其中樣(yàng)機d自由(yóu)滞(zhì)點幾(jǐ)乎與取(qǔ)壓位置重合,而樣機e的(de)自由(yóu)滞(zhì)點(diǎn)遠離(lí)取壓位置。這說明環狀排列孔(kǒng)射流與中(zhōng)心(xīn)節(jiē)流孔射(shè)流(liú)之間的旋渦的長度(dù)随着(zhe)結(jié)構參數d,的增(zēng)大而增長(zhǎng),與文獻[6]的結論(lùn)一緻。當射(shè)流間(jiān)旋渦(wō)區(qū)長度接(jiē)近取(qǔ)壓位置或(huò)者超出(chū)取壓位(wèi)置時,多孔孔闆(pǎn)流出系數(shù)c的線(xiàn)性度(dù)較(jiào)差;當射流間(jiān)旋(xuán)渦的長度在離取壓位(wèi)置在一-定距離範圍(wéi)内變化時(shí),多孔孔(kǒng)闆流出系數(shù)c的線(xiàn)性度(dù)幾(jǐ)乎無變化。綜(zōng)上所述,結構參(cān)數d1是影(yǐng)響多孔(kǒng)孔闆(pǎn)流量(liàng)傳感(gǎn)器流(liú)出(chū)系數線(xiàn)性度的主要因(yīn)素。
 
3.4厚度l對(duì)多孔(kǒng)孔闆流量(liàng)傳感(gǎn)器計量(liàng)性能的(de)影響
　　樣(yàng)機b、c的厚(hòu)度(dù)t不同,其中樣(yàng)機b的(de)厚度t=5mm,樣機(jī)c的厚度(dù)t=10mm,其(qí)他結構參數(shù)均(jun1)相同。從實驗結果可(kě)以看出,流出系(xì)數c随着(zhe)厚度(dù)t的(de)增加而(ér)增(zēng)大。對樣機b與(yǔ)c的實驗(yàn)結果分析如下(xià):圖6爲(wèi)樣機b、c在孔(kǒng)闆下(xià)遊(yóu)p1取壓位(wèi)置處的速度曲線，圖(tú)中(zhōng)區域i爲(wèi)通過環狀排列孔的速度剖面(miàn)。`vb、`vc分别表(biǎo)示樣機b、c流向(xiàng)上(shàng)的平`均(jun1)速度。從(cóng)圖(tú)中可以看(kàn)出,區域i中(zhōng)`vc<`vb。由(yóu)多股射(shè)流理(lǐ)論可(kě)知,經過樣(yàng)機e環狀排(pái)列孔(kǒng)的射流對周圍(wéi)流體(tǐ)的卷吸作(zuò)用較弱(ruò),因(yīn)此壁(bì)面處(chù)旋渦強度(dù)較小(xiǎo),從(cóng)而使流(liú)出系數c變(biàn)大。
4結(jié)論
4.1在(zài)不同安裝(zhuāng)方式下測得的流出(chū)系數平(píng)均(jun1)值的相對(duì)誤差(chà)ec的大小受環狀(zhuàng)排列孔(kǒng)之(zhī)間的(de)人(rén)射間距s影響(xiǎng)。
4.2流出系數(shù)c受環狀排列孔人射(shè)間距s、結(jié)構(gòu)參數(shù)d2和厚度影(yǐng)響,影響方式爲:當s較小時(s<0.72),流出系數c随着參數d2的減(jiǎn)小而(ér)增(zēng)大(dà);當s較大時(s=0.99),流出系數c的大小不受參(cān)數d2的影響,其大小接近相(xiàng)同β值的标準孔闆;對于具(jù)有相同孔(kǒng)分布形式且β值(zhí)相同的(de)多孔孔(kǒng)闆,流出系(xì)數c随(suí)着厚度?的增加(jiā)而增大。
4.3流出系數c的線性(xìng)度受(shòu)參數d,的(de)影(yǐng)響:當(dāng)d1在較(jiào)小範圍内(nèi)變化(huà)時(0.0450d≤d1≤0.0750d),流出系(xì)數的線性(xìng)度較(jiào)好(0.5%),并且幾乎不(bú)變;當(dāng)d,在較(jiào)大(dà)範(fàn)圍内時(d1≥0.1d),流(liú)出系數c的(de)線性度變(biàn)差,在0.9%以上。

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