摘要：爲了提(ti)高多孔孔闆(pan)流量傳感器(qì) 的計量性能(néng),利用仿真計(ji)算與實流實(shi)驗相結合的(de)🤩方式對多孔(kǒng)孔闆流量傳(chuan)感器的結構(gou)參數對計量(liang)性能的影響(xiǎng)進行了研究(jiū)。利用實流實(shi)驗結果和多(duo)股射流的研(yan)究成果對仿(páng)真計算結果(guǒ)進行驗證,結(jié)❄️果表明:多孔(kong)孔闆安裝位(wèi)置對計量結(jié)果‼️的影響程(cheng)💘度受相對入(rù)射間距s影響(xiang);.流出系數C受(shou)到相對入射(shè)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(he)厚度I的影響(xiang);流出系數C的(de)線性度主要(yao)受環狀排列(lie)孔所在區域(yu)内緣與中心(xīn)節流孔邊緣(yuan)之間的最小(xiǎo)徑向距離d,影(yǐng)響。
多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qi)是在标準孔(kǒng)闆基礎上發(fā)展起來的節(jiē)流裝置,是一(yī)個對稱的多(duō)孔圓盤。從文(wen)獻[1~3]可以看出(chu)，該流量計具(ju)有比标準孔(kǒng)闆更爲出色(sè)的㊙️計量性能(neng)。多孔孔闆的(de)孔排列🐇方式(shì)及孔闆的厚(hòu)度等幾何參(cān)數決定了🐉流(liu)量傳感器的(de)測量性能。設(she)計🆚了6種口徑(jing)(D=100mm、等效直徑比(bi)β=0.6)具有不同孔(kong)分布形式和(hé)厚🈚度的多孔(kǒng)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(zhī),介質經過多(duō)孔孔闆後形(xíng)成多股🧑🏾‍🤝‍🧑🏼受限(xiàn)性🤞淹沒射流(liú)，因此多股射(shè)流的研究成(chéng)果對于🌈研究(jiu)多孔孔闆流(liú)量傳感器具(jù)有一定的指(zhi)導意義。多股(gu)射流與單股(gǔ)射流的主要(yao)區别是孔間(jiān)射流射出後(hòu)在其相鄰兩(liang)股射流之間(jian)📞存在相互卷(juan)吸作用,這直(zhí)接影響🐪着流(liu)動的發生與(yǔ)發展過🥵程,因(yin)此多;股射流(liu)的流場🈲比單(dān)股射流的流(liú)💔場要複雜很(hěn)多。國内💞外學(xue)者通過理論(lùn)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(shí)。爲了便于研(yan)究，雙股🈲射流(liú)成爲衆多學(xue)者研究💋多股(gu)射流的基礎(chu)。
 
　　由文獻[4~8]可知(zhī),雙股射流按(àn)其流動特性(xìng)可分爲會聚(ju)區和聯合區(qū)🤟,如圖1所示。由(yóu)于兩股射流(liú)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(xuan)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(liú)聯合後下遊(you)附近速度由(you)🈲會聚區内的(de)負值變爲正(zhèng)🛀值,預期存在(zài)一個點,在該(gai)點的.速度爲(wèi)零,這個點稱(cheng)爲自由滯點(diǎn)或混合點95),通(tōng)🙇🏻過确定該點(dian)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(liú)體的卷吸作(zuò)用越🈲強烈,射(she)流之間的旋(xuán)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(liú)的流動特征(zhēng)🔞對多🔞孔孔闆(pǎn)的流場進行(háng)了區㊙️域劃分(fèn)，如圖2所示。
 
2多孔孔(kǒng)闆流量傳感(gǎn)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(tu)3所示,其中d1爲(wei)🌂環形🔞排列孔(kǒng)内緣與中心(xin)節流孔外緣(yuan)之間的最小(xiao)距離;d2爲環形(xíng)排🔴列孔㊙️外緣(yuan)與管壁之間(jian)的最小距離(li);D爲多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qì)口徑;D1爲中心(xin)節流孔的直(zhí)徑;D2爲📐環狀排(pai)列孔的直徑(jing);D3爲環狀排列(liè)孔圓心所在(zài)圓的直☎️徑;τ爲(wei)環狀排列孔(kong)中相鄰😄孔邊(biān)緣的最小距(jù)離;P1、P2爲多孔孔(kong)闆的安裝定(ding)位标志，當位(wèi)置P1與上/下遊(yóu)取壓孔在一(yi)💛條直線上時(shi)爲安裝方式(shi)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(wei)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(wei):
 
3實驗結果分(fèn)析
　　爲了分析(xi)多孔孔闆結(jié)構參數對多(duo)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(jié)構參數見表(biǎo)1。實流實驗在(zài)兩種孔闆安(ān)裝方式下進(jin)行,并且在同(tong)一流量範圍(wéi)内利用稱重(zhòng)法檢定裝置(zhi)對實驗樣機(jī)進行标定,實(shí)驗結🚶果見表(biǎo)2。在仿真計算(suan)中,按照實流(liu)實驗方法利(lì)用SSTk-w湍流模型(xíng)對🈲實驗樣機(jī)進行仿真計(ji)算[9.10],計算結果(guo)與實流實驗(yàn)結果的相對(duì)誤差在5%以内(nèi)。因此仿真計(ji)算結果可以(yǐ)對多孔孔闆(pǎn)流量傳感器(qì)實流實驗結(jie)果進行合理(li)分析。
 
3.1s對多孔(kǒng)孔闆流量傳(chuán)感器安裝位(wei)置的影響
　　結(jie)構參數s=t/D2。從表(biao)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(dé)的流出系數(shu)平均值的相(xiàng)對誤差Ec較小(xiǎo)👅(Ec≤0.23%),說明多孔孔(kong)闆流量傳感(gǎn)器的安:裝位(wei)置變化對計(ji)量結果影響(xiang)較🔴小;當參數(shù)s較大時(s≥0.72),在兩(liǎng)種安裝方式(shì)下測得的流(liu)出系數平均(jun1)值的相對誤(wù)差Ec較大(Ec=2.35%),說明(ming)多孔孔闆流(liu)量傳感器的(de)安裝位置變(biàn)化對計量結(jié)果影響較大(da)。
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(chu)系數C随着參(cān)數d,的減小而(ér)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(xiǎo)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(liu)出系數的線(xian)性度較好，約(yue)爲0.5%,如樣機a、b、c;當(dang)d1(d1≥0.1050D)較大時(如樣(yang)機d、e、f),流出系數(shù)C的線性度在(zai)0.8%以上。以具⭐有(you)相同厚度l的(de)樣機a、b、d、e爲例來(lai)分析上述實(shí)驗結果。節流(liú)式流量傳感(gan)器差壓信号(hao)的穩定性主(zhu)要是受節流(liú)件下遊的旋(xuán)渦影響,多♌孔(kong)孔闆下遊的(de)旋渦主要由(you)壁面旋渦區(qū)和射流間🏃‍♂️旋(xuan)渦區組成。由(yóu)仿真計算結(jié)果可知,當多(duo)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(liú)間旋渦區✍️是(shi)❄️相互獨立的(de)，因此經過環(huan)狀排列孔的(de)射流對壁面(mian)回流區🌍的旋(xuan)渦強度起主(zhu)導作用。由實(shi)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(shù)随着結構💞參(cān)數d2的增大而(ér)減小,這表明(míng)壁面處旋渦(wo)強度随着結(jie)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(zēng)大而提高。上(shang)述分析表明(ming)多孔🛀孔闆射(she)❄️流間的旋渦(wō)是影響線性(xing)度的主要因(yīn)素。從圖5中可(kě)以看出,經過(guò)樣機a.b.d、e的環狀(zhuang)排列孔射流(liú)與中心節流(liú)孔射流之間(jian)的自由滞點(diǎn)分别在距離(lí)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(zì)由滞點遠離(lí)取壓✨位置。這(zhe)說明環狀排(pái)列孔🌈射流與(yu)中心節流孔(kǒng)射流之間的(de)旋渦的長度(du)随着結構參(cān)數d,的增大而(ér)增長,與文獻(xiàn)[6]的結論一緻(zhì)。當射流間🈲旋(xuan)渦區長度接(jie)近取壓位置(zhì)或者超出取(qu)壓位置時,多(duō)孔孔闆流出(chū)系數C的線🧑🏽‍🤝‍🧑🏻性(xing)度較差;當射(shè)流間旋渦♈的(de)長🙇🏻度在離取(qu)壓位置在一(yi)-定距離範圍(wéi)内變化時🔞,多(duō)孔孔闆流出(chū)系數C的線性(xìng)度幾乎無變(biàn)化。綜上所述(shu),結構參✊數D1是(shì)✍️影響多孔孔(kong)闆流量傳感(gǎn)器流出系🈲數(shù)線性度的主(zhu)要因🌈素。
 
3.4厚度(dù)l對多孔孔闆(pan)流量傳感器(qì)計量性能的(de)影響
　　樣機b、c的(de)厚度t不同,其(qi)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(tong)。從實驗結果(guo)可以看出,流(liu)出系☀️數C随着(zhe)厚度t的增加(jia)而增大。對樣(yàng)機b與c的實驗(yan)結果😍分析如(rú)下:圖6爲樣機(jī)b、c在孔闆下🍓遊(yóu)P1取壓位置處(chu)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(biao)示樣機b、c流向(xiàng)上的平`均速(su)度。從圖中可(ke)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(xi)作👅用較弱,因(yin)此壁面處旋(xuán)渦強度較小(xiǎo),從而使流出(chū)系數C變大。
4結(jié)論
4.1在不同安(an)裝方式下測(cè)得的流出系(xi)數平均值的(de)相對誤差Ec的(de)♊大小受環狀(zhuàng)排列孔之間(jian)的人射間距(jù)s影響。
4.2流出系(xi)數C受環狀排(pái)列孔人射間(jian)距s、結構參數(shu)d2和厚度影響(xiang),影響🔞方式爲(wèi):當s較小時(s<0.72),流(liú)出系數C随着(zhe)參數d2的減⭐小(xiǎo)而增大;當s較(jiào)大時🔴(s=0.99),流出系(xì)數C的大小不(bu)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(jiā)而增大。
4.3流出(chu)系數C的線性(xìng)度受參數d,的(de)影響:當D1在較(jiào)小範圍内變(bian)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(nei)時(d1≥0.1D),流出系數(shu)C的線性度變(bian)差,在0.9%以🆚上。

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