多孔(kong)孔闆流量(liang)計 是一種(zhǒng)節流式流(liu)量計，在圓(yuán)形闆片上(shàng)布置多個(gè)介質🏒流通(tōng)孔😄．對按照(zhào)特定方式(shi)設計的多(duō)孔孔闆局(ju)部🌐壓力損(sǔn)失‼️系數ξ和(hé)節流特性(xìng)的主效應(ying)因素進行(hang)分析，拟合(hé)出局部壓(yā)力損🈲失系(xi)數ξ與等效(xiao)直徑比β之(zhī)間的關系(xi)式，并且得(dé)出等效直(zhi)徑比β是影(yǐng)響多孔孔(kong)闆🐪節流效(xiào)應的主效(xiào)應因素．将(jiāng)A＋FlowTeK的多孔孔(kong)闆流量計(jì)同傳統節(jiē)流裝置進(jin)行比較，得(dé)出多孔孔(kong)闆流量💃🏻計(jì)具🌈有精度(du)高☁️、壓損小(xiao)、需要前後(hou)直管段短(duǎn)等優點．利(li)用孔分布(bu)、孔闆厚度(dù)以及擾動(dong)對多孔孔(kǒng)闆的流出(chū)系🌂數Cd的影(yǐng)響🈲．
　　介質經(jīng)過多孔節(jiē)流件後形(xing)成多股受(shou)限型射流(liu)，由于多☀️股(gu)射流之間(jian)的卷吸和(hé)摻混，增加(jiā)了流場的(de)複雜性．Taylor在(zai)1949年提出了(le)射📱流卷❤️吸(xī)假說，1986年Tumer對(duì)這個假說(shuō)的發展進(jìn)行了詳✌️細(xì)說明．系統(tǒng)地研究了(le)射流入射(she)間距對雙(shuang)股射流彙(huì)聚🧡區和聯(lián)合區流動(dong)結構的影(ying)響⛹🏻‍♀️；利用PIV技(jì)術在入射(shè)速度不同(tóng)的情況下(xia)💞對雙股平(píng)行✉️射流的(de)卷吸效應(yīng)、湍流強度(dù)、速度剖面(mian)以及雷諾(nuo)應力進行(hang)了研究．利(li)用PLIF技術對(duì)平行雙股(gǔ)射流流場(chǎng)中的😍混合(he)區進行測(cè)量．長期以(yi)來研究人(ren)員分别從(cong)理論分析(xī)、實驗測量(liang)和數值模(mó)拟方面對(duì)多股射流(liu)進行了大(da)量的工作(zuò)，對流場中(zhōng)的一些流(liu)動特性和(hé)流動機理(li)取得了豐(feng)富的成果(guo)．利用多股(gu)射流理論(lun)和實驗相(xiàng)結合的方(fang)法對多🧑🏽‍🤝‍🧑🏻孔(kǒng)孔闆計量(liang)精度的影(ying)響因素．
1結(jie)構與工作(zuo)原理
　　多孔(kong)孔闆流量(liang)計的簡化(hua)結構如圖(tú)1所示，即在(zai)封閉🈲的🚩管(guan)道内同軸(zhóu)安裝多孔(kong)孔闆，來流(liu)方向如圖(tú)1（a）中箭🧡頭所(suǒ)示，采👄用壁(bì)面取壓方(fang)式．

不(bu)可壓縮流(liú)體的體積(jī)流量計算(suan)公式爲

　　式(shì)中：qV爲體積(jī)流量，m3/s；Δp爲差(chà)壓，爲影響(xiǎng)流出系數(shù)Cd的關鍵因(yin)素，Pa；Cd爲🐕流出(chu)系數，無量(liàng)綱，該參數(shu)是從實驗(yàn)中獲得；ρ爲(wèi)流體密🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度(du)，kg/m3；β爲等效直(zhi)徑💔比；ds爲節(jie)流孔的等(děng)效直徑．
2影(ying)響計量精(jing)度的因素(su)分析
　　圖2爲(wèi)管徑100,mm、β=0.6的多(duō)孔孔闆流(liu)量計在雷(lei)諾數爲52×10的(de)條件下的(de)🛀内👨‍❤️‍👨部流🍓場(chǎng)的速度矢(shǐ)量圖，在上(shàng)下遊取壓(yā)口處取截(jie)面Ⅰ和Ⅱ，根據(jù)⛷️不可壓縮(suo)流體的伯(bó)努利方程(cheng)

　　式中：p1和p2分(fèn)别爲截面(mian)Ⅰ和Ⅱ處的靜(jing)壓力；v1和v2分(fèn)别爲截面(miàn)Ⅰ和Ⅱ處的平(ping)均速度；ξ爲(wei)局部壓損(sǔn)系數；表示(shì)截面Ⅰ和Ⅱ處(chù)的動能變(bian)化量；表示(shi)内能損失(shi)，與多孔孔(kǒng)闆結構相(xiàng)關．根據動(dòng)能
第2表達(dá)式得

式中(zhōng)：ω爲渦量；v爲(wèi)速度矢量(liang)；r爲觀測點(diǎn)與旋轉中(zhōng)心之間的(de)矢徑．
　　各流(liu)量點下流(liu)出系數Cd的(de)線性度是(shì)衡量多孔(kong)孔闆計量(liang)精度的🔴評(píng)價指标，由(you)式(2)、式(5)、式(6)可(ke)知，流出系(xi)數Cd主要受(shou)渦量✨影響(xiǎng)．

　　介質經(jing)過多孔孔(kong)闆後形成(cheng)多股受限(xiàn)型射流，射(shè)流❤️自孔口(kǒu)出✍️射後與(yǔ)周圍靜止(zhǐ)流體間形(xing)成速度不(bu)連續的間(jian)斷面，間斷(duàn)面失穩而(er)産生漩渦(wō)．漩渦卷吸(xī)周圍流體(ti)🚶進入到🌈射(shè)流，同時不(bu)斷移動、變(biàn)形、分裂産(chǎn)生紊動，其(qi)影響逐漸(jiàn)向㊙️内外發(fā)展形成内(nei)外🆚兩個自(zì)由🔞紊動的(de)剪切❤️層．自(zi)由剪切層(céng)中的漩渦(wō)通過分裂(lie)、變形、卷吸(xi)和合并㊙️等(deng)物理過程(chéng)，除了形成(cheng)大量的🛀🏻随(suí)機運動小(xiǎo)尺度紊動(dong)渦體外，還(hái)存在一部(bu)分有序的(de)大尺度渦(wō)結構．大尺(chǐ)度渦的拟(nǐ)序結構由(you)縱向渦和(he)展向渦組(zu)成，其中展(zhǎn)向渦結構(gòu)對剪切層(céng)的發展控(kong)制起主要(yao)作用，對紊(wěn)♻️流的産生(shēng)、能量的傳(chuán)遞、動量輸(shu)運和紊動(dong)摻混🤟等産(chǎn)生直接影(yǐng)響[12-15]，因此，大(dà)尺度的展(zhǎn)向🏃‍♀️渦結構(gou)是影響多(duo)孔孔闆☁️流(liú)量🚶‍♀️計計量(liàng)性能的關(guan)鍵因素．
　　大(da)尺度渦對(duì)周圍流體(ti)有強烈的(de)卷吸作用(yòng)，使周圍流(liú)體随射流(liu)♊而運動，增(zeng)加了射流(liú)的總質量(liang)．卷吸量是(shi)反映射流(liu)卷吸作用(yòng)強💋弱的标(biāo)準，其大小(xiǎo)與剪切層(ceng)中大尺度(du)渦的發展(zhan)演化過程(chéng)及強🙇‍♀️度相(xiang)關．在管壁(bi)的約束下(xià)，介質進入(ru)多孔孔闆(pǎn)後形成的(de)射流隻能(néng)卷吸有限(xiàn)👅的環境流(liú)體．在靜壓(ya)差的影響(xiǎng)下，射流間(jian)以及射流(liu)與壁面之(zhi)間産生回(huí)流，回流區(qū)的尺寸由(yóu)流通孔之(zhi)間的間距(jù)決定．由連(lian)續性方程(chéng)可知，管道(dao)中任一與(yu)流向垂💜直(zhi)截面上的(de)質量通量(liang)與管道入(ru)口處的質(zhì)量通量相(xiang)等，從而可(kě)以得出漩(xuan)渦的卷吸(xi)流量與回(huí)流通👄量相(xiang)等的結論(lùn)．因此，利🔞用(yòng)回流通⭐量(liàng)來表征漩(xuan)渦卷吸作(zuo)用的強度(dù)，從而揭示(shi)漩渦的🌈卷(juan)吸作用對(dui)流量計計(jì)量❌精度的(de)影響規律(lü)．
3設計實驗(yàn)
　　由于要利(lì)用回流通(tōng)量來揭示(shì)大尺度渦(wo)對流量計(ji)計量精度(dù)的影響規(gui)律，因此需(xū)要獲取多(duo)孔孔闆流(liú)量計㊙️内部(bù)流場的真(zhēn)實信👈息．對(dui)不同形式(shi)樣機進行(háng)實驗與CFD仿(pang)真，利用實(shí)驗結果及(jí)射流理論(lun)驗證仿真(zhen)精度
實流(liu)實驗

　　該實(shí)驗是在天(tian)津大學流(liú)量實驗室(shì)水流量裝(zhuang)置上👈完成(chéng)的♌，該⭐裝置(zhì)使用稱重(zhong)法檢定，其(qi)不确定度(du)爲0.05%，流量穩(wen)🈚定性0.1%，流量(liang)😄範圍5～300,L/h．文獻(xiàn)[14]對實驗裝(zhuāng)置進行了(le)詳細✊說明(ming)，實驗裝置(zhì)如圖3所示(shì)．爲了保證(zhèng)獲取準确(que)的差壓信(xìn)号，在實驗(yàn)過程采用(yòng)

3.2仿真實驗(yàn)
　　多孔孔闆(pǎn)流量計流(liu)場情況較(jiào)爲複雜，這(zhè)就要求湍(tuān)流計💃🏻算模(mó)型對含有(you)大量漩渦(wo)及剪切層(céng)的流場具(jù)有較好的(de)計算💁效果(guo)；多孔孔闆(pǎn)流量計采(cai)用壁面取(qǔ)壓方式，該(gāi)取壓❗方式(shi)要求湍流(liu)計算模型(xíng)對近壁區(qu)域有較好(hǎo)的計算效(xiào)果．選擇SST(剪(jian)切應力傳(chuán)輸)k-ω湍流模(mó)型．該模型(xing)是由Menter提出(chū)的雙方程(chéng)湍流模型(xíng)，集成了Standardk-ω模(mó)🔴型與Standardk-ε模型(xíng)的特點．不(bú)但在近壁(bi)區域及尾(wei)流有很好(hǎo)🌈的預測效(xiao)果，而且在(zai)高雷諾數(shù)流動區域(yu)和剪切層(ceng)中有較好(hao)的預測效(xiào)果[15-17]．文獻[18]對(dui)多孔孔闆(pan)👣的仿真計(ji)算進行了(le)詳細描述(shu)．
　　爲了能夠(gou)較爲全面(mian)地反映流(liú)場中回流(liu)通量的分(fen)布規律，在(zai)📐仿真計算(suàn)結果的後(hòu)處理中截(jié)取多個徑(jìng)向截面，該(gai)👉截面位于(yu)多孔孔闆(pǎn)下遊具有(yǒu)回流的區(qu)域中，提取(qǔ)整個截面(mian)上的軸向(xiang)速度．爲了(le)求出各截(jie)面上的回(huí)流通量，利(li)用delaunay三角化(hua)函數将整(zheng)個截面上(shang)坐标點重(zhong)構🔞成三角(jiao)形網格，計(jì)算每個網(wǎng)格的面積(ji)及通過該(gai)網💃格的法(fa)向速度，如(ru)⛹🏻‍♀️圖5所示，其(qí)中圖5(a)的坐(zuò)标爲管道(dao)📧徑向位置(zhì)，單位爲m．
回(huí)流通量的(de)計算公式(shì)爲
Qt=∑Aivi(7)
式中：iv表(biǎo)示與流向(xiang)相反的速(su)度；iA表示法(fǎ)向速度與(yǔ)流☎️向相反(fan)的單元格(ge)面積．
3.3仿真(zhēn)結果驗證(zhèng)
　　結合多股(gu)射流理論(lun)及實流實(shi)驗對仿真(zhēn)結果進行(háng)🥰定性和❤️定(dìng)量驗證，從(cong)表1中可以(yi)看出仿真(zhen)計算結果(guǒ)與實流實(shí)驗結果的(de)相對誤差(chà)在5%以内，表(biao)中ε爲仿真(zhēn)流出系數(shu)CCFD與實驗流(liú)出系數CEXP的(de)相對誤⚽差(cha)，表達式爲(wèi)。圖6～圖8分别(bié)是樣機C速(su)度雲圖、湍(tuan)流強度雲(yún)圖、渦量雲(yun)圖，從圖中(zhōng)可以看出(chū)介質經過(guo)多孔孔闆(pan)後形成多(duo)股受限型(xing)射流，射流(liú)之間相互(hù)卷吸而産(chan)生會聚，最(zui)終合成一(yi)股射流；射(she)流之間和(hé)👉射流與壁(bi)面之間有(yǒu)回流産生(sheng)🔞；湍流強度(dù)最大的位(wèi)置在射流(liu)☎️的剪切層(ceng)📱中；在剪切(qie)層🙇‍♀️中産生(shēng)大尺度展(zhǎn)向渦．上述(shu)現象與文(wen)獻[10]描述一(yī)緻．因此，仿(pang)真計算結(jié)果與真實(shi)流動狀況(kuàng)吻合．


1160-13
4數據(ju)處理
4.1實驗(yàn)數據處理(li)
　　 節流式流(liú)量計 的線(xian)性度δl及重(zhong)複性σ是評(ping)價流量計(jì)性能的重(zhong)要指标，δl越(yue)小計量精(jīng)度越高，σ越(yuè)大穩定性(xìng)越差，表達(dá)式分别爲(wei)

　　從圖9中可(ke)以看出，實(shi)驗樣機的(de)σi均随着雷(léi)諾數Re的增(zeng)大♋而減小(xiao)，當Re增大到(dào)一定程度(du)時，σi接近常(cháng)數，并且樣(yàng)機A的🔞σ值最(zuì)大，樣🈲機B次(cì)之，樣機C最(zui)小．從圖10中(zhōng)可以看出(chū)，随着Re的增(zēng)大，流出系(xi)數🏃‍♂️Cd由波動(dòng)較大發展(zhan)到接近某(mou)㊙️一常數．流(liú)出系數Cd接(jie)近常數的(de)流速區間(jiān)爲流量計(ji)✔️的量程範(fan)圍🐇，線性度(dù)δl表征在量(liàng)程範圍内(nèi)的計量精(jing)度．樣機A在(zài)6∶1的量程範(fàn)圍内δl=0.91%；樣機(ji)😍B在8∶1的量程(chéng)範圍内δl=0.75%；樣(yang)機C在15∶1的量(liàng)程範圍🌐内(nèi)δl=0.57%．

4.2回流通量(liang)數據處理(lǐ)
　　圖11～圖13爲實(shi)驗樣機在(zài)不同流速(su)下的回流(liú)通量随流(liú)向距離的(de)變化曲線(xiàn)，圖中以無(wu)量綱值Qr/Qv作(zuò)爲縱坐标(biāo)🏃🏻，表征回流(liu)❤️通量的大(dà)小，Qr爲🤩回流(liu)通量，Qv爲管(guǎn)道入口流(liú)量．從圖中(zhōng)可以看出(chū)，在✏️各流速(su)點下無量(liang)綱值Qr/Qv沿流(liu)向呈抛物(wu)線變化，并(bing)且各樣機(ji)的Qr/Qv的最大(dà)值出現位(wèi)🧡置固定；随(suí)着流速的(de)增加❄️，Qr/Qv增加(jiā)，當流速增(zeng)加到某一(yī)值時，Qr/Qv沿流(liú)向的分布(bù)曲線重合(hé)．因此，Qr/Qv從沿(yán)流向的非(fei)相似分布(bù)過渡到相(xiàng)似分布．在(zài)非相似分(fen)布速度區(qu)間中，各流(liú)速點下的(de)☔回流通量(liang)沿流向分(fen)🔴布差異較(jiao)🚩大；而在相(xiang)似分布速(sù)度區間中(zhong)，各流速點(dian)下的回流(liu)☀️通量沿流(liu)向分布重(zhong)合．非相似(si)分布與相(xiang)似分布之(zhi)間一定存(cun)在一個臨(lín)界速度點(diǎn)vc，vc的取值與(yu)樣機的結(jie)構相📞關，樣(yang)機A的cv取值(zhi)是1.25,m/s，樣機B的(de)vc取值是0.70,m/s，樣(yang)機C的vc取值(zhi)是0.50,m/s．因此，v<1.25m/s、v<0.70,m/s、v<0.50m/s分(fèn)㊙️别爲樣機(jī)A、B、C的Qr/Qv的非相(xiang)似分布♊速(su)度區間；v≥1.25m/s、v≥0.70m/s、v≥0.50m/s分(fèn)别爲樣機(ji)A、B、C的Qr/Qv的相似(si)分布速度(dù)區間．

　　樣機(ji)結構不同(tóng)，在相同速(su)度點下的(de)Qr/Qv不同．圖14與(yu)圖15分别🌍爲(wei)樣機A、B、C在流(liú)速v=0.3m/s和v=2.0,m/s時的(de)回流通量(liang)沿流向的(de)分布曲線(xiàn)．在v=0.3m/s時，樣機(ji)A、B、C的回流通(tōng)量沿流向(xiàng)呈非相似(si)分布；在v=2.0,m/s時(shi)，樣機A、B、C的回(huí)流通量沿(yán)流向呈相(xiàng)似分布．在(zai)這兩個速(sù)度點下，樣(yang)機A的Qr/Qv最大(dà)，樣機B次之(zhi)，樣機C最小(xiao)．

4.3結果分析(xī)
　　從數據處(chù)理的結果(guo)可以看出(chu)回流通量(liang)與多孔孔(kong)闆♉流量計(ji)的計量性(xing)能之間具(ju)有較強的(de)規律性．
　　對(dui)于同一塊(kuai)多孔孔闆(pǎn)流量計，在(zai)v<vc這一流速(su)區間内☎️，各(ge)流速點下(xia)🛀🏻的回流通(tōng)量Qr沿流向(xiang)呈非相似(si)分布，流出(chū)系數Cd波動(dong)較大且重(zhong)複性σ較低(di)；在v≥vc這一流(liu)速區間🚶内(nèi)，各流速點(dian)下的回流(liú)㊙️通量Qr沿⭐流(liu)向呈🔅相似(si)分布，流出(chu)系數Cd的線(xian)性度δl較小(xiao)且重複性(xìng)σ較高．這說(shuō)明在低流(liu)速下，湍流(liú)脈動頻率(lü)低，大尺度(dù)漩渦的運(yùn)動過程👌對(dui)差壓信号(hao)✌️影響明顯(xian)；在流速較(jiào)高時，湍流(liu)脈動頻率(lǜ)增強，大尺(chǐ)度漩❓渦的(de)運✍️動過程(chéng)對差壓信(xìn)号影響程(cheng)度減弱．
　　對(duì)于不同多(duō)孔孔闆流(liú)量計，在v＜vc流(liú)速區間内(nèi)的相同速(su)度點🐕下，流(liu)出系數Cd的(de)重複性随(sui)回流通量(liang)的增大♻️而(er)降低，各樣(yang)機的臨⚽界(jiè)速度vc随回(hui)流通量的(de)增加而升(sheng)高，即量程(chéng)範圍随回(hui)流通量的(de)增加而減(jian)小；在v≥vc的♋流(liu)速區間内(nèi)，流出系數(shu)Cd的線性度(dù)δl随回流通(tong)量的增加(jiā)而增大．
5結(jie)語
　　流體通(tōng)過多孔孔(kong)闆後産生(shēng)的回流通(tōng)量可以作(zuò)爲💞多孔孔(kǒng)闆流量計(ji)的計量性(xing)能的優化(huà)指标．回流(liú)通量随流(liú)速的變化(huà)呈非相似(sì)性分布與(yǔ)相似性分(fèn)布，兩種分(fen)布狀态之(zhi)間存在臨(lín)界速度vc，vc的(de)大小與多(duo)孔孔闆的(de)結構相關(guan)，vc越小，量程(cheng)範㊙️圍越寬(kuan)；當🌈回流通(tōng)量沿流向(xiang)呈非💞相似(si)性分布時(shí)，同一塊多(duō)孔孔闆在(zai)相同流速(su)點下🧡的流(liu)出系數Cd重(zhong)複性較差(chà)，在不同流(liú)速下流出(chu)系數Cd波動(dong)較大；當回(hui)流通量沿(yán)流向分布(bù)具🔞有相似(si)性時，同一(yī)塊多孔孔(kǒng)闆在相同(tong)流速點下(xià)的流出系(xi)數Cd重複性(xìng)較好，在不(bú)同☀️流速下(xia)流出系數(shù)Cd線❓性度較(jiào)高；并且不(bu)同結構的(de)多孔孔闆(pǎn)在相同流(liú)速🌈點下的(de)回流通量(liang)越小，流量(liàng)計的計量(liàng)性能越高(gāo)．利用該⭐方(fang)法優化多(duō)孔孔闆流(liu)量🔴計不但(dàn)可以降低(di)成本、容易(yì)實現，而且(qiě)對優化其(qí)他形式的(de)節流式流(liu)量計具有(yǒu)一定的🔞意(yi)義．

以上内(nei)容來源于(yu)網絡，如有(you)侵權請聯(lian)系即删除(chu)!