摘要：爲了(le)提高多孔(kong)孔闆流量(liang)傳感器 的(de)計量性能(neng),利用仿真(zhen)計算與實(shi)流實驗相(xiang)結合的方(fang)式對多孔(kong)孔闆流量(liang)傳感器的(de)結構參數(shu)對計量性(xing)能的影響(xiang)進行了研(yan)究。利用實(shi)流實驗結(jie)果和多股(gu)射流❗的研(yan)究成果對(dui)仿真計👄算(suan)結果進行(hang)驗證,結果(guo)表明:多孔(kong)孔闆安裝(zhuang)位置對計(ji)量結果🤩的(de)影響程‼️度(du)受相對入(ru)射間距s影(ying)響;.流出系(xi)數C受到相(xiang)對入射間(jian)距s、環狀排(pai)列孔所在(zai)區域的✨外(wai)緣與管壁(bi)之💃🏻間的最(zui)小距離🚶d2和(he)厚度I的影(ying)響;流出系(xi)數C的線性(xing)度主要受(shou)環狀排列(lie)孔所在✉️區(qu)域内緣與(yu)中心節流(liu)孔邊緣之(zhi)間的最✨小(xiao)徑向距離(li)d,影響。
多孔(kong)孔闆流量(liang)傳感器是(shi)在标準孔(kong)闆基礎上(shang)發展起來(lai)的💋節㊙️流裝(zhuang)置,是一個(ge)對稱的多(duo)孔圓盤。從(cong)文獻[1~3]可以(yi)看出，該流(liu)量計具有(you)比标準孔(kong)闆更爲出(chu)色的⁉️計量(liang)性能。多孔(kong)孔闆的孔(kong)排列方式(shi)及🐇孔闆的(de)厚度等幾(ji)何參數決(jue)定了流量(liang)傳感器的(de)測量性能(neng)。設計了6種(zhong)口徑(D=100mm、等♍效(xiao)直徑比β=0.6)具(ju)有不同孔(kong)分布形式(shi)和厚❄️度的(de)多孔孔闆(pan)☀️。在流速範(fan)圍爲0.5~7.5m/s的工(gong)況下,利用(yong)仿真計算(suan)與實流實(shi)驗相結合(he)🐇的方法對(dui)多孔孔闆(pan)的幾何結(jie)構對計量(liang)性能的影(ying)響進行了(le)研究。
多孔(kong)孔闆流量(liang)傳感器簡(jian)介
　　由射流(liu)理論可知(zhi),介質經過(guo)多孔孔闆(pan)後形成多(duo)股受限性(xing)淹沒射流(liu)，因此多股(gu)射流的研(yan)究成果對(dui)于研究多(duo)孔🏒孔闆流(liu)量傳感器(qi)具有一定(ding)的指導意(yi)義。多股射(she)流與單股(gu)射流的主(zhu)要區别是(shi)孔間射流(liu)射出後在(zai)其相鄰兩(liang)股射流之(zhi)間存在相(xiang)互卷吸作(zuo)用,這直接(jie)影響着流(liu)動的發生(sheng)與發展過(guo)程,因此多(duo);股🌈射流的(de)流場⛹🏻‍♀️比單(dan)股射流的(de)流🌂場要複(fu)雜很多。國(guo)内外學者(zhe)通過理論(lun)分析、實✏️驗(yan)測量和數(shu)值模拟的(de)方式對多(duo)股射流進(jin)行了研究(jiu),目前已經(jing)對流動特(te)性和流動(dong)機理有了(le)一定的認(ren)識。爲了便(bian)于研究，雙(shuang)股射流成(cheng)爲衆多學(xue)🔞者研究多(duo)股射流的(de)基礎。
 
　　由文(wen)獻[4~8]可知,雙(shuang)股射流按(an)其流動特(te)性可分爲(wei)會聚🚶區和(he)聯合區,如(ru)圖1所示。由(you)于兩股射(she)流的卷吸(xi)和幹擾,以(yi)✍️緻在兩股(gu)射流的彙(hui)聚區内形(xing)成負壓區(qu),在該區内(nei)存在一對(dui)穩定的旋(xuan)轉方💋向相(xiang)反的旋渦(wo)，旋渦的長(zhang)度随着孔(kong)間間距的(de)增大而增(zeng)長[6]。在兩股(gu)射流聯合(he)後下遊附(fu)近速度由(you)⭕會聚區内(nei)的負值變(bian)爲正🔴值,預(yu)期存在一(yi)個點,在該(gai)點的✍️.速度(du)爲零,這個(ge)點稱爲自(zi)由滯點或(huo)混合點95),通(tong)過确定該(gai)點的位置(zhi)可以反映(ying)出會聚區(qu)内旋渦的(de)長度。射流(liu)的出射速(su)度越大,對(dui)周圍流體(ti)的卷吸☎️作(zuo)用越強烈(lie),射流之間(jian)的旋渦也(ye)越強烈,因(yin)此多股射(she)🤩流流場中(zhong)會有射流(liu)運動方向(xiang)偏轉的現(xian)象發生(8]參(can)👅考雙股射(she)流的流動(dong)特征對多(duo)孔孔闆的(de)流場進行(hang)了區域劃(hua)分，如圖2所(suo)示。
 
2多孔(kong)孔闆流量(liang)傳感器結(jie)構和參數(shu)定義，
　　多孔(kong)孔闆流量(liang)傳感器的(de)簡化示意(yi)圖如圖3所(suo)示,其中d1爲(wei)環形排列(lie)孔内緣與(yu)中心節流(liu)孔外緣之(zhi)間的最小(xiao)距離;d2爲環(huan)形排列孔(kong)外緣與管(guan)壁之間的(de)最小距離(li);D爲💃🏻多孔孔(kong)闆流量🔴傳(chuan)感器口徑(jing);D1爲中心節(jie)流孔的直(zhi)徑;D2爲環狀(zhuang)排列孔的(de)直徑;D3爲環(huan)狀排🔆列孔(kong)圓心所在(zai)圓的直徑(jing);τ爲環狀排(pai)列孔中相(xiang)鄰🚶孔邊緣(yuan)的最小距(ju)離;P1、P2爲多🥰孔(kong)孔闆的安(an)裝定位标(biao)志，當位置(zhi)P1與上/下遊(you)取壓孔在(zai)一條直線(xian)上時爲安(an)裝方式一(yi),當位置P2與(yu)上/下遊取(qu)壓孔在一(yi)條直線上(shang)時爲安裝(zhuang)方式💜二;1爲(wei)多孔孔闆(pan)的厚度。
 
　　定義s爲(wei)相對人射(she)間距,其計(ji)算式爲:
 
3實(shi)驗結果分(fen)析
　　爲了分(fen)析多孔孔(kong)闆結構參(can)數對多孔(kong)孔闆計量(liang)性能的影(ying)🏃‍♂️響,設計了(le)不同形式(shi)的實驗樣(yang)機(圖4),各樣(yang)機的具體(ti)結構參⭐數(shu)見表1。實流(liu)實驗在兩(liang)種孔闆安(an)裝方式下(xia)進行,并且(qie)在同一流(liu)量💃🏻範圍内(nei)利用稱重(zhong)法檢定裝(zhuang)置對實驗(yan)樣👈機進行(hang)标♉定,實驗(yan)結果見表(biao)2。在仿真計(ji)算中,按照(zhao)實流實驗(yan)方法利用(yong)SSTk-w湍流模型(xing)對實驗樣(yang)機進行📧仿(pang)真計算[9.10],計(ji)算🈲結果與(yu)實流實驗(yan)結果的相(xiang)對誤差在(zai)5%以内。因此(ci)仿真計算(suan)結果可以(yi)對多孔孔(kong)闆流量傳(chuan)感器實流(liu)實驗結果(guo)進行合理(li)分析。
 
3.1s對多(duo)孔孔闆流(liu)量傳感器(qi)安裝位置(zhi)的影響
　　結(jie)構參數s=t/D2。從(cong)表1、2的實驗(yan)結果可以(yi)看出，當參(can)數s較小時(shi)(s≤0.34),在兩種安(an)裝方式下(xia)測得的流(liu)出系數平(ping)均值的相(xiang)對誤差Ec較(jiao)小(Ec≤0.23%),說明多(duo)孔孔闆流(liu)量傳感器(qi)的安:裝位(wei)置變化對(dui)計🤟量結果(guo)影響較🙇🏻小(xiao);當參數s較(jiao)大時(s≥0.72),在✍️兩(liang)種安裝方(fang)式下測得(de)的流出系(xi)數平均值(zhi)的相對🌈誤(wu)差Ec較大(Ec=2.35%),說(shuo)明多孔孔(kong)闆流量傳(chuan)感器的安(an)裝位置變(bian)化對計量(liang)結果影響(xiang)較大。
3.2d2對多(duo)孔孔闆流(liu)量傳感器(qi)計量性能(neng)的影響
　　從(cong)實驗結果(guo)可以看出(chu):
a.當參數s≤0.34時(shi),樣機a、b、c、d、e的流(liu)出系數C随(sui)着參數d,的(de)減小而增(zeng)大;
b.當參數(shu)s(s=0.99)較大時(如(ru)樣機f),d2=0.0425D,是所(suo)有樣機中(zhong)的最小值(zhi),但流🌈出🙇🏻系(xi)
數C也最小(xiao)。
3.3d,對多孔孔(kong)闆流量傳(chuan)感器性能(neng)的影響
　　當(dang)結構參數(shu)d1在較小的(de)範圍内(0.0450D≤D1≤0.0750D)變(bian)化時,流出(chu)系數的線(xian)性度較好(hao)，約爲0.5%,如樣(yang)機a、b、c;當d1(d1≥0.1050D)較大(da)時(如樣機(ji)d、e、f),流出系數(shu)C的🛀🏻線性度(du)在🏃🏻0.8%以上。以(yi)具有相同(tong)厚度l的樣(yang)機a、b、d、e爲例來(lai)分析🔅上述(shu)實驗結果(guo)。節流式流(liu)量傳🧑🏾‍🤝‍🧑🏼感器(qi)差壓信号(hao)的穩定性(xing)主要是受(shou)節流件下(xia)遊的旋渦(wo)影響,多❄️孔(kong)孔闆下遊(you)的旋渦主(zhu)要由壁面(mian)旋渦區和(he)射流間旋(xuan)渦區組成(cheng)。由仿真計(ji)算結果可(ke)知,當多孔(kong)孔闆流🏒量(liang)傳感器的(de)參數s≤0.72時,壁(bi)面✉️旋渦區(qu)與射流間(jian)旋渦區是(shi)相互獨立(li)的，因此⭕經(jing)過環狀排(pai)列孔的射(she)流對壁面(mian)回流區的(de)旋渦強度(du)起主導作(zuo)用。由實流(liu)實驗結果(guo)可知,在相(xiang)同流速下(xia),樣機a、b、d、e的流(liu)出系數🧑🏽‍🤝‍🧑🏻随(sui)着結構參(can)數d2的增大(da)而減小,這(zhe)表明壁面(mian)處旋渦強(qiang)度随着結(jie)構參數dr的(de)增大而增(zeng)強，而線性(xing)度卻随着(zhe)參數d2的增(zeng)大而提高(gao)。上述分析(xi)表明多孔(kong)💔孔闆射流(liu)間的旋渦(wo)是影響線(xian)性度的⭕主(zhu)要因素。從(cong)圖5中可以(yi)看出,經過(guo)樣機a.b.d、e的環(huan)狀排列孔(kong)射流與中(zhong)心節流孔(kong)射流之間(jian)的自由滞(zhi)點分别在(zai)距離孔闆(pan)下遊面12、17、25、.85mm位(wei)置處,其中(zhong)樣機d自由(you)🔴滞點幾乎(hu)與取壓位(wei)置重合,而(er)⭐樣機e的👨‍❤️‍👨自(zi)由滞點遠(yuan)離取壓位(wei)置。這說明(ming)環狀排列(lie)孔射流與(yu)中心節流(liu)孔射流之(zhi)間的旋渦(wo)的長度随(sui)着結構參(can)數d,的增大(da)而增長,與(yu)文獻[6]的結(jie)論一緻。當(dang)射流間旋(xuan)渦區長度(du)接近取壓(ya)位置或者(zhe)超出取壓(ya)位置時🔞,多(duo)孔孔闆流(liu)出系數C的(de)線性度較(jiao)差;當射流(liu)間旋渦的(de)長度在離(li)取壓位置(zhi)在一-定距(ju)離範圍内(nei)變化時,多(duo)孔孔闆流(liu)出系數C的(de)線性度幾(ji)乎無變化(hua)。綜上所述(shu),結構參數(shu)D1是☔影響多(duo)孔孔闆流(liu)量傳感器(qi)流出系數(shu)線性度的(de)主要因🔞素(su)。
 
3.4厚度l對多(duo)孔孔闆流(liu)量傳感器(qi)計量性能(neng)的影響
　　樣(yang)機b、c的厚度(du)t不同,其中(zhong)樣機b的厚(hou)度t=5mm,樣機c的(de)厚度t=10mm,其他(ta)結構參數(shu)均相同。從(cong)實驗結果(guo)可以看出(chu),流出系🌈數(shu)C随着厚度(du)t的增加而(er)增😘大。對樣(yang)機b與c的實(shi)驗結果分(fen)析如下:圖(tu)6爲樣機b、c在(zai)孔闆下遊(you)P1取壓位置(zhi)處的速度(du)曲線，圖㊙️中(zhong)區域I爲通(tong)過環狀排(pai)列孔的速(su)度剖面。`Vb、`Vc分(fen)别表示樣(yang)機b、c流向上(shang)的平`均速(su)度。從圖中(zhong)可以看出(chu),區域I中`Vc<`Vb。由(you)多😄股射流(liu)理論可知(zhi),經過樣機(ji)e環💛狀排列(lie)孔的射🙇‍♀️流(liu)對周圍流(liu)體的卷吸(xi)作用較弱(ruo),因此壁面(mian)處旋渦強(qiang)度較小🔴,從(cong)而使流出(chu)系數C變大(da)。
4結論
4.1在不(bu)同安裝方(fang)式下測得(de)的流出系(xi)數平均值(zhi)的相對誤(wu)差Ec的大小(xiao)受環狀排(pai)列孔之間(jian)的人射間(jian)距s影🏃響。
4.2流(liu)出系數C受(shou)環狀排列(lie)孔人射間(jian)距s、結構參(can)數d2和厚度(du)影響,影響(xiang)方式爲:當(dang)s較小時(s<0.72),流(liu)出系數C随(sui)着參數d2的(de)減小而增(zeng)大;當s較大(da)時(s=0.99),流出系(xi)數C的大小(xiao)不受參數(shu)d2的影🚶‍♀️響,其(qi)大小接近(jin)相同β值的(de)标準孔闆(pan);對于具🔴有(you)相同孔分(fen)布形式且(qie)β值相同的(de)多孔孔闆(pan),流出系數(shu)C随着厚度(du)?的增加而(er)增大。
4.3流出(chu)系數C的線(xian)性度受參(can)數d,的影響(xiang):當D1在較小(xiao)範圍内變(bian)化時(0.0450D≤d1≤0.0750D),流出(chu)系數的線(xian)性度較好(hao)(0.5%),并且幾乎(hu)不變;當d,在(zai)🈲較大範圍(wei)⭐内時🚩(d1≥0.1D),流出(chu)系數C的線(xian)性度變差(cha),在0.9%以上。

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