摘要：爲了提高(gāo)多孔孔闆流量(liàng)傳感器
的計量(liang)性能,利用仿真(zhen)計算與實流實(shi)驗相結合的方(fāng)式對多⁉️孔孔闆(pan)流量傳感器的(de)結構參數對計(ji)量性能的影響(xiǎng)進行了研究。利(lì)用實流實驗結(jié)果和多股射流(liú)的研究成果對(duì)🌏仿真計算結果(guo)進行驗證,結✉️果(guǒ)表明:多孔孔闆(pǎn)安裝位置對計(jì)量結果的影響(xiǎng)程☎️度受相對入(ru)射間距s影響;.流(liu)出系數C受到相(xiang)對入射🎯間距s、環(huán)狀排列💁孔所在(zai)區域的外緣與(yǔ)管壁之間的㊙️最(zuì)小距離d2和厚度(du)🙇♀️I的影響🎯;流出系(xi)數C的線性度主(zhu)要受環狀排列(lie)孔所在區域内(nèi)緣與中心節流(liu)孔邊緣之間的(de)最小徑向距離(lí)d,影響。
多孔孔闆(pǎn)流量傳感器是(shi)在标準孔闆基(ji)礎上發展起來(lái)♋的節流裝置,是(shì)一個對稱的多(duo)孔圓盤。從文獻(xian)[1~3]可以看出☁️，該流(liu)量計具有比标(biāo)準孔闆更爲出(chu)色的計量性能(neng)。多孔孔闆的💯孔(kǒng)排列方式及孔(kǒng)闆的厚度🈲等幾(jǐ)何參數決定了(le)流量傳感器的(de)測量性能。設計(ji)🍉了6種口徑(D=100mm、等效(xiào)直徑比β=0.6)具有不(bu)同孔分布形式(shi)和厚度的多孔(kong)孔闆⛷️。在流速範(fan)圍爲0.5~7.5m/s的工況下(xià),利用👅仿真計算(suàn)與實流實驗相(xiàng)結合的方法對(dui)多孔孔闆的幾(jǐ)何🚶♀️結構對計量(liang)性能的影響進(jìn)行了研究💞。
多孔(kong)孔闆流量傳感(gan)器簡介
由射流(liú)理論可知,介質(zhì)經過多孔孔闆(pan)後形成多股受(shòu)限性✉️淹沒射流(liu)，因此多股射流(liú)的研究成果對(dui)于研究多孔孔(kǒng)闆流量傳感器(qì)具有一定的指(zhǐ)導意義。多股射(she)流與單股射流(liu)的主要區别是(shi)孔間射流射出(chū)後在其👌相鄰兩(liǎng)股射流之間存(cún)在相互卷吸作(zuo)用,這直接影響(xiang)✨着流動的發生(sheng)與發展過程,因(yin)此多;股射流的(de)流場比⭐單股射(she)流的流場要複(fú)雜很多。國内❗外(wai)學者通過理論(lun)分析、實驗測量(liang)和數值模拟的(de)方式對多股射(shè)流進行❄️了研究(jiu),目前已經對流(liu)動特性和流動(dong)機理有了一定(dìng)的認識。爲了便(bian)于研究，雙股射(she)流成爲衆多學(xue)者研究多股射(shè)流的基礎。
由文(wén)獻[4~8]可知,雙股射(shè)流按其流動特(tè)性可分爲會聚(jù)區♍和聯合區,如(rú)圖1所示。由于兩(liǎng)股射流的卷吸(xī)和幹擾,以緻在(zai)兩股射流的彙(hui)聚區内形成負(fù)壓區,在該區内(nei)存在一對穩定(dìng)的⛹🏻♀️旋轉方向相(xiang)反的旋渦，旋渦(wō)的長度随着孔(kong)間間距的增大(da)而增長[6]。在兩股(gǔ)射流聯合後下(xia)遊❄️附近速度由(you)會聚區内的負(fu)值變爲正值,預(yù)期存在一個點(diǎn),在該點的.速度(du)爲零,這個點稱(chēng)♋爲自由滯點或(huo)混合點95),通💔過确(que)定該📐點的位置(zhì)可以♋反映出會(huì)聚區内旋🤟渦的(de)長度。射流的出(chū)射速度越⛹🏻♀️大,對(duì)周圍流體的卷(juan)吸作用越❗強烈(lie),射流之間的旋(xuan)💰渦也越強烈,因(yīn)此多股射流流(liu)場中會有射流(liu)運動方向偏轉(zhuǎn)的⚽現象發生(8]參(cān)考雙股射流的(de)流動特征對多(duo)孔孔闆的流場(chǎng)進行了區域劃(hua)分，如圖2所示。
2多孔孔闆流量(liàng)傳感器結構和(hé)參數定義，
多孔(kǒng)孔闆流量傳感(gan)器的簡化示意(yi)圖如圖3所示,其(qi)中d1爲🎯環形🔴排🏃♂️列(lie)孔内緣與中心(xin)節流孔外緣之(zhī)間的最小距離(li);d2爲環形排列孔(kong)⁉️外緣與管壁之(zhī)間的最小距離(lí);D爲多孔孔🤞闆流(liú)量傳感器口徑(jing);D1爲中心節流孔(kǒng)的直徑;D2爲環狀(zhuang)排列孔的直徑(jìng);D3爲環狀排列孔(kong)圓心所在圓的(de)直徑;τ爲環狀排(pai)列孔中相鄰孔(kǒng)邊緣的最小距(ju)離;P1、P2爲多孔🛀孔闆(pan)的安裝定位标(biāo)志，當位置P1與上(shang)/下遊取壓孔在(zài)一條直線🈲上時(shi)爲安裝方式一(yi),當位置P2與上/下(xià)遊取壓孔在一(yi)條直線上時爲(wèi)安裝方式二;1爲(wei)多孔🔞孔闆的厚(hou)度。
定義s爲(wei)相對人射間距(ju),其計算式爲:
3實(shí)驗結果分析
爲(wei)了分析多孔孔(kǒng)闆結構參數對(dui)多孔孔闆計量(liang)性能💞的影㊙️響,設(she)計了不同形式(shi)的實驗樣機(圖(tu)4),各樣機的具體(tǐ)結構參數見☀️表(biǎo)1。實流實驗在兩(liang)種孔闆安裝方(fāng)式下進行,并且(qiě)在同一流量範(fan)圍内利用稱重(zhòng)法💋檢定裝置對(duì)實驗樣機進行(hang)标定,實驗結果(guǒ)見表2。在💞仿真計(jì)算中🛀🏻,按照實流(liú)實驗方法利用(yòng)SSTk-w湍流模型對實(shi)驗樣機進行仿(páng)真計算[9.10],計算🎯結(jié)果與實流實驗(yan)結果的相對誤(wù)差在5%以内。因此(ci)仿真計算結果(guǒ)可以對多孔孔(kǒng)闆流量傳感器(qi)實流實驗結果(guǒ)💁進行合理分析(xi)。
3.1s對多孔孔闆流(liú)量傳感器安裝(zhuāng)位置的影響
結(jié)構參數s=t/D2。從表1、2的(de)實驗結果可以(yi)看出，當參數s較(jiào)小🛀🏻時💛(s≤0.34),在兩種😄安(an)🌐裝方式下測得(de)的流出系數平(píng)均值的相對誤(wu)差Ec較小🈲(Ec≤0.23%),說明多(duo)孔孔闆流量傳(chuán)感器的安:裝位(wei)置變化對計量(liàng)結果影響較小(xiǎo);當參數s較大時(shí)(s≥0.72),在兩種安裝方(fāng)式下測🔴得的流(liu)出系數平均值(zhi)的相對🥰誤差Ec較(jiao)大(Ec=2.35%),說明多孔孔(kong)闆🍉流量傳感器(qi)的安裝位置變(biàn)化對計量☎️結果(guo)影響較大。
3.2d2對多(duo)孔孔闆流量傳(chuan)感器計量性能(neng)的影響
從實驗(yàn)結果可以看出(chu):
a.當參數s≤0.34時,樣機(ji)a、b、c、d、e的流出系數C随(suí)着參數d,的減小(xiǎo)而增大;
b.當參數(shù)s(s=0.99)較大時(如樣機(jī)f),d2=0.0425D,是所有樣機中(zhōng)的最小值,但流(liu)出系🧑🏽🤝🧑🏻
數C也最小(xiǎo)。
3.3d,對多孔孔闆流(liú)量傳感器性能(néng)的影響
當結構(gòu)參數d1在較小的(de)範圍内(0.0450D≤D1≤0.0750D)變化時(shí),流出系數的線(xiàn)性度🤟較🧑🏾🤝🧑🏼好，約爲(wèi)0.5%,如樣機a、b、c;當d1(d1≥0.1050D)較大(da)時(如樣機d、e、f),流出(chu)系數C的線性❓度(du)在0.8%以上。以具有(yǒu)相同厚度l的樣(yàng)機a、b、d、e爲例來分析(xī)上述實驗結果(guo)。節流式💋流量傳(chuán)感器差壓信❓号(hào)的穩定性主要(yao)是受節流件🌏下(xia)遊的旋🏒渦影響(xiang),多㊙️孔孔闆下遊(you)的旋渦主要由(you)壁面旋渦區和(hé)射流間旋渦區(qu)組成。由🏃🏻仿真計(jì)算結果可知,當(dāng)多孔孔闆流量(liang)傳感器的參數(shu)💃s≤0.72時,壁面旋渦區(qū)與射流間旋渦(wō)區是相互獨立(li)的，因此經過環(huán)狀排列孔的射(she)流對壁面回流(liú)區的旋渦強度(dù)起主導作用。由(you)實流實驗結果(guǒ)可知,在相同流(liu)📞速下,樣機a、b、d、e的流(liú)出系數随着結(jié)構參數d2的增大(da)而減小,這表明(míng)壁面處旋渦強(qiang)度随着🔴結構參(can)數dr的增大而增(zēng)強，而線性度卻(que)随着參數d2的增(zēng)大而提高。上述(shù)分析表明多孔(kong)孔闆射流間的(de)旋渦是影響線(xian)性度的主要因(yin)素。從圖5中可以(yi)看出⚽,經過樣機(ji)a.b.d、e的環狀排列孔(kong)射流與中心節(jie)流孔射流之間(jian)的自由滞點分(fèn)别在距離孔闆(pǎn)下遊面12、17、25、.85mm位置處(chu),其中樣機d自由(you)滞點幾乎與取(qǔ)壓❌位置重合,而(er)樣機e的🈲自由滞(zhi)點遠離取壓💯位(wèi)置。這說明環狀(zhuàng)排列孔⛹🏻♀️射流與(yu)中心節流孔射(she)流之間的旋渦(wo)的長度随着結(jie)構參數d,的增大(da)而增長,與文獻(xian)[6]的結論一緻。當(dāng)射💋流間👈旋渦區(qu)長度🈲接近取壓(yā)位置或者超出(chū)取壓🥵位置時♉,多(duō)孔孔闆流出系(xi)數C的線性度較(jiào)差;當射流間旋(xuán)渦的長度在離(lí)取壓位置在一(yī)-定距離範圍内(nèi)變化時,多孔孔(kong)闆流出系數C的(de)線性度幾乎無(wu)變化。綜上所述(shu),結構參數D1是影(yǐng)響多孔孔闆流(liu)量傳感器流出(chū)系數線性度的(de)💛主要因素。
3.4厚度(dù)l對多孔孔闆流(liú)量傳感器計量(liàng)性能的影響
樣(yàng)機b、c的厚度t不同(tong),其中樣機b的厚(hou)度t=5mm,樣機c的厚度(du)t=10mm,其他結構㊙️參數(shu)均相同。從實驗(yàn)結果可以看出(chu),流出系數C随着(zhe)厚度t的增加而(ér)增♊大。對樣機b與(yǔ)c的實驗結果分(fen)析如下:圖6爲樣(yang)機b、c在孔闆下遊(you)P1取壓位置處的(de)速📐度曲線，圖中(zhōng)區域I爲通過環(huán)狀🌈排列孔的✍️速(sù)度剖面。`Vb、`Vc分别表(biao)示樣機b、c流向上(shang)的✂️平`均速度。從(cóng)圖中可以看📱出(chū),區域I中`Vc<`Vb。由多股(gu)射流理論可知(zhī),經過樣機e環狀(zhuàng)排列孔的射流(liú)對周圍流體的(de)卷吸作用較弱(ruò),因此壁面處旋(xuan)渦強度較小❗,從(cong)而使流出系數(shù)C變大。
4結論
4.1在不(bu)同安裝方式下(xia)測得的流出系(xi)數平均值的相(xiàng)對誤🌈差Ec的大小(xiao)受環狀排列孔(kong)之間的人射間(jian)距s影響。
4.2流出系(xì)數C受環狀排列(lie)孔人射間距s、結(jié)構參數d2和厚度(du)影響,影響方式(shì)爲:當s較小時(s<0.72),流(liú)出系數C随着參(can)數d2的減小而增(zeng)大;當s較大時(s=0.99),流(liú)出系數C的大小(xiǎo)不受參數d2的影(yǐng)響,其大小接近(jin)相同β值的标準(zhǔn)孔闆;對于具有(you)相同孔分布形(xing)式且β值相同的(de)多孔孔闆,流出(chū)系數C随着厚度(dù)?的增加而增大(dà)。
4.3流出系數C的線(xian)性度受參數d,的(de)影響:當D1在較小(xiǎo)範圍内變化時(shí)(0.0450D≤d1≤0.0750D),流出系數的線(xian)性度較好(0.5%),并且(qiě)幾乎不變;當d,在(zai)❓較大範圍内時(shí)(d1≥0.1D),流出系數C的線(xian)性度變差,在0.9%以(yǐ)上。
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