摘要(yao):多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計 是(shi)一種(zhong)比傳(chuan)統的(de)差壓(ya)測量(liang)裝置(zhi)更優(you)良的(de)新型(xing)差壓(ya)式流(liu)量🔞測(ce)量裝(zhuang)置,但(dan)其函(han)數孔(kong)的确(que)定目(mu)前沒(mei)有統(tong)一的(de)标準(zhun)。針對(dui)該問(wen)題💘,采(cai)用CFD仿(pang)真軟(ruan)件,在(zai)相同(tong)等效(xiao)直徑(jing)比的(de)情況(kuang)下,針(zhen)對多(duo)孔🤟孔(kong)闆的(de)♊函數(shu)孔結(jie)構,研(yan)究了(le)開孔(kong)數目(mu)、孔分(fen)布以(yi)及倒(dao)角等(deng)因素(su)對于(yu)減少(shao)壓力(li)損失(shi)所起(qi)到的(de)影響(xiang)和作(zuo)用。根(gen)據仿(pang)真研(yan)究❗結(jie)果,制(zhi)作了(le)一種(zhong)多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計進(jin)行流(liu)體試(shi)驗，試(shi)驗結(jie)果表(biao)明該(gai)方法(fa)的正(zheng)确率(lü)。.
0引言(yan)
　　孔闆(pan)流量(liang)計 因(yin)其結(jie)構簡(jian)單、耐(nai)用而(er)成爲(wei)目前(qian)國際(ji)上标(biao)準化(hua)程🐕度(du)高、應(ying)用最(zui)爲廣(guang)泛的(de)一種(zhong)流量(liang)計,但(dan)也存(cun)在着(zhe)流出(chu)系🐉數(shu)不.穩(wen)定、線(xian)性差(cha)、重複(fu)性不(bu)高、永(yong)久壓(ya)力損(sun)失😘大(da)等缺(que)點“。美(mei)國馬(ma)歇爾(er)航空(kong)飛行(hang)中心(xin)設計(ji)發明(ming)的一(yi)-種新(xin)型差(cha)壓式(shi)流量(liang)測量(liang)裝置(zhi)，即多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)(又稱(cheng)爲平(ping)衡流(liu)量計(ji))田。多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)對傳(chuan)統節(jie)流裝(zhuang)置有(you)着極(ji)大的(de)突破(po),與🌏傳(chuan)統差(cha)壓式(shi)流.量(liang)計相(xiang)比較(jiao),具有(you)永久(jiu)壓力(li)損💃失(shi)小、精(jing)密度(du)高、量(liang)程比(bi)大、直(zhi)💃管段(duan)短等(deng)優點(dian)。
　　多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計測(ce)量原(yuan)理圖(tu)如圖(tu)1所示(shi)。雖然(ran)多孔(kong)孔♌闆(pan)的結(jie)🌈構與(yu)标準(zhun)孔闆(pan)不同(tong),其測(ce)量原(yuan)理還(hai)是節(jie)流測(ce)量,因(yin)此在(zai)流量(liang)計算(suan)時仍(reng)可采(cai)用标(biao)準孔(kong)闆的(de)經典(dian)計算(suan)公式(shi)國:
 
　　式(shi)中:Q爲(wei)管道(dao)中流(liu)體的(de)流量(liang);K爲無(wu)量綱(gang)系數(shu);△p爲孔(kong)闆節(jie)流前(qian)後的(de)🌂壓力(li)差;ρ爲(wei)流體(ti)密度(du)。
 
　　多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)每個(ge)孔的(de)尺寸(cun)和分(fen)布基(ji)于獨(du)特的(de)公式(shi)和國(guo)測試(shi)數據(ju)定制(zhi)，稱爲(wei)函數(shu)孔。至(zhi)于函(han)數孔(kong)是🙇🏻如(ru)何定(ding)制,與(yu)哪些(xie)因素(su)有關(guan),主要(yao)由什(shi)麽參(can)數來(lai)決定(ding)的，目(mu)前還(hai)沒有(you)相關(guan)的文(wen)獻可(ke)以查(cha)閱。對(dui)于如(ru)何定(ding)制函(han)數孔(kong)，缺少(shao)一個(ge)統--的(de)标準(zhun)。以因(yin)節流(liu)而🧑🏽‍🤝‍🧑🏻産(chan)生的(de)壓力(li)☂️損失(shi)作爲(wei)對🔞比(bi)參照(zhao)，通過(guo)仿真(zhen)對函(han)數孔(kong)結構(gou)的研(yan)究，主(zhu)要包(bao)括多(duo)孔孔(kong)闆開(kai)孔數(shu)量💘、孔(kong)的分(fen)布以(yi)及倒(dao)角等(deng)因素(su)對減(jian)小壓(ya)力損(sun)失所(suo)起到(dao)的影(ying)響和(he)作用(yong),對于(yu)函數(shu)孔的(de)制定(ding)有一(yi)定的(de)指導(dao)意義(yi);爲函(han)數孔(kong)制定(ding)标準(zhun)化奠(dian)定基(ji)礎,将(jiang)有助(zhu)于推(tui)動多(duo)孔孔(kong)闆的(de)孔函(han)數的(de)研究(jiu)與應(ying)用進(jin)展。
1函(han)數孔(kong)結構(gou)的研(yan)究
　　以(yi)内徑(jing)D爲50mm、等(deng)效直(zhi)徑比(bi)β=0.35的孔(kong)闆中(zhong),流動(dong)介質(zhi)純水(shui)爲研(yan)👌究對(dui)象,參(can)考标(biao)準孔(kong)闆在(zai)實際(ji)工業(ye)應用(yong)和本(ben)次🐉仿(pang)真✔️模(mo)拟，爲(wei)保證(zheng)流體(ti)能夠(gou)以充(chong)分發(fa)展、理(li)想的(de)湍🆚流(liu)狀态(tai)✉️進入(ru)流👌量(liang)計,設(she)計有(you)長度(du)分别(bie)💔爲10D、14D的(de)上下(xia)遊🔴直(zhi)管段(duan)5。在此(ci)基礎(chu)上做(zuo)了3組(zu)不同(tong)的仿(pang)真模(mo)拟,并(bing)且👉選(xuan)定其(qi)中一(yi)個模(mo)拟結(jie)果的(de)設計(ji)方案(an)💋進行(hang)實流(liu)實驗(yan),通過(guo)對比(bi)實流(liu)實驗(yan)結果(guo)與模(mo)拟仿(pang)真結(jie)果從(cong)而🙇🏻驗(yan)證仿(pang)真📧結(jie)果的(de)正确(que)率🐆。
1.1對(dui)開孔(kong)數量(liang)的研(yan)究
　　在(zai)此先(xian)研究(jiu)孔的(de)結構(gou)爲無(wu)倒角(jiao)的情(qing)況,對(dui)數量(liang)研究(jiu)的時(shi)候🔆要(yao)求其(qi)他參(can)數均(jun)是相(xiang)同的(de)，包括(kuo)有孔(kong)分布(bu)以及(ji)孔的(de)結構(gou)。設計(ji)時在(zai)-一個(ge)多孔(kong)孔闆(pan).上每(mei)個小(xiao)孔的(de)⭕直徑(jing)是一(yi)樣的(de)，由等(deng)效直(zhi)徑比(bi)的定(ding)義可(ke)知開(kai)孔直(zhi)徑✌️爲(wei)
 
數;An爲(wei)每個(ge)小孔(kong)的面(mian)積;A2爲(wei)是管(guan)道的(de)截面(mian)積。
　　設(she)計原(yuan)則爲(wei):把孔(kong)隻分(fen)布在(zai)以孔(kong)闆的(de)中心(xin)爲圓(yuan)心💃🏻的(de)🥵一個(ge)✌️圓周(zhou)🐉上(孔(kong)在這(zhe)個圓(yuan)周，上(shang)分布(bu)的時(shi)候不(bu)能夠(gou)出現(xian)相🔞交(jiao)的情(qing)況,初(chu)步選(xuan)定圓(yuan)周的(de)半徑(jing)爲12mm)。受(shou)條件(jian)的限(xian)制,本(ben)次研(yan)究對(dui)象的(de)開孔(kong)數最(zui)小爲(wei)1個,最(zui)大❤️爲(wei)16個。無(wu)倒角(jiao)說明(ming)節流(liu)孔的(de)厚度(du)與孔(kong)闆的(de)厚度(du)相同(tong),其示(shi)意圖(tu)如圖(tu)2所示(shi)。
 
1.2對節(jie)流孔(kong)分布(bu)的研(yan)究
　　将(jiang)節流(liu)孔(無(wu)倒角(jiao))均勻(yun)分布(bu)在兩(liang)個同(tong)心圓(yuan)或者(zhe)兩個(ge)同心(xin)圓以(yi)及孔(kong)闆的(de)中心(xin)上。調(diao)整同(tong)心圓(yuan)的大(da)小,即(ji)改💯變(bian)的同(tong)心圓(yuan)大小(xiao)d1;d2示意(yi)圖如(ru)圖3所(suo)示。
 
1.3對倒(dao)角的(de)研究(jiu)
　　參考(kao)流量(liang)測量(liang)節流(liu)裝置(zhi)設計(ji)手冊(ce)回可(ke)知标(biao)準孔(kong)闆傾(qing)斜角(jiao)是💛在(zai)下遊(you)端面(mian),其大(da)小可(ke)以爲(wei)45°±15°，文中(zhong)将分(fen)2種情(qing)況研(yan).究:下(xia)遊端(duan)面有(you)45°倒角(jiao);上下(xia)遊端(duan)面均(jun)有45°倒(dao)角。
2模(mo)拟仿(pang)真
　　模(mo)拟仿(pang)真是(shi)通過(guo)CFD軟件(jian)包fluent來(lai)完成(cheng)的。
2.1建(jian)模與(yu)劃分(fen)網格(ge)
　　建模(mo)與劃(hua)分網(wang)格都(dou)是在(zai)CFD前置(zhi)處理(li)器gambit中(zhong)完成(cheng)的。圖(tu)4爲上(shang)遊直(zhi)管段(duan)10D,下遊(you)直管(guan)段14D的(de)多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)🌈仿真(zhen)模型(xing)。
 
　　文中(zhong)直接(jie)選用(yong)體網(wang)格來(lai)劃分(fen)網格(ge)。選用(yong)體網(wang)格的(de)🧡Element爲Tet/Hybrid即(ji)四面(mian)體🐆/混(hun)合，同(tong)時選(xuan)定TGrid作(zuo)爲Element的(de)Type。爲了(le)提高(gao)計算(suan)㊙️精度(du)，需對(dui)網格(ge)做局(ju)🐉部加(jia)密,考(kao)慮到(dao)在節(jie)流前(qian)後壓(ya)力會(hui)急🈲劇(ju)變化(hua),因此(ci)對節(jie)流前(qian)後的(de)直管(guan)段以(yi)及多(duo)孔孔(kong)闆做(zuo)局部(bu)加密(mi)處理(li)。該文(wen)在對(dui)多孔(kong)孔闆(pan)劃分(fen)👅網格(ge)時候(hou)選用(yong)的節(jie)點間(jian)距爲(wei)0.5,在多(duo)孔🌈孔(kong)闆前(qian)後4D的(de)直管(guan)段劃(hua)分網(wang)格時(shi)候選(xuan)用節(jie)點間(jian)距爲(wei)3,其餘(yu)部分(fen)的節(jie)點間(jian)✨距爲(wei)6。網格(ge)單元(yuan)🐆的數(shu)量爲(wei)398642萬。網(wang)格劃(hua)分結(jie)果如(ru)圖5所(suo)示。
 
2.2模(mo)型的(de)求解(jie)
　　在本(ben)文中(zhong)選用(yong)壓力(li)基求(qiu)解器(qi)就能(neng)滿足(zu)要求(qiu)們。
　　本(ben)文中(zhong)入口(kou)的雷(lei)諾數(shu)較大(da),流動(dong)爲湍(tuan)流,需(xu)要設(she)置湍(tuan)流模(mo)型，采(cai)用Realizablekε模(mo)型。
　　邊(bian)界條(tiao)件的(de)設定(ding):入口(kou)邊界(jie)類型(xing)設定(ding)爲速(su)度入(ru)口,即(ji)veloc-ity-inlet入口(kou)的湍(tuan)流參(can)數指(zhi)定方(fang)式選(xuan)用kandepsilon,出(chu)口邊(bian)界類(lei)型:設(she)定爲(wei)自由(you)出🌈流(liu)outflow,孔闆(pan)處爲(wei)默認(ren)内部(bu)邊界(jie)條件(jian)inte-rior,其👨‍❤️‍👨餘(yu)爲均(jun)爲無(wu)滑移(yi)外部(bu)壁面(mian),熱🚩傳(chuan)輸模(mo)型爲(wei)絕熱(re)。
2.3仿真(zhen)結果(guo)
　　本文(wen)主要(yao)是研(yan)究因(yin)節流(liu)而産(chan)生的(de)壓力(li)損失(shi)(即節(jie)流前(qian)後的(de)⛷️靜壓(ya)差),爲(wei)此以(yi)節流(liu)前後(hou)的壓(ya)差作(zuo)對比(bi)研究(jiu)⭐。
2.3.1對多(duo)孔孔(kong)闆開(kai)孔數(shu)量的(de)研究(jiu)
　　給定(ding)的速(su)度入(ru)口的(de)初始(shi)速度(du)爲1m/s。對(dui)一段(duan)長爲(wei)1.2m(等于(yu)前♊後(hou)直管(guan)段長(zhang)度24D)的(de)直管(guan)道進(jin)行模(mo)拟仿(pang)真,參(can)數設(she)置以(yi)及湍(tuan)流模(mo)型的(de)選擇(ze)與上(shang)述模(mo)拟相(xiang)同，結(jie)果可(ke)得直(zhi)管👨‍❤️‍👨段(duan)的沿(yan)程壓(ya)力損(sun)失爲(wei)314Pa。由，上(shang)述仿(pang)真計(ji)算結(jie)果的(de)進出(chu)口壓(ya)力差(cha)減去(qu)直管(guan)道的(de)沿程(cheng)壓力(li)損失(shi)🛀，即可(ke)得到(dao)節流(liu)前後(hou)的差(cha)壓。開(kai)孔數(shu)量和(he)差壓(ya)的關(guan)💔系如(ru)圖6所(suo)示🤞，開(kai)孔數(shu)量和(he)差壓(ya)信号(hao)的關(guan)系如(ru)表1所(suo)🏃‍♀️示。
 
　　由(you)圖6可(ke)知,随(sui)着開(kai)孔數(shu)量的(de)增加(jia),在開(kai)始階(jie)段壓(ya)損能(neng)夠明(ming)顯減(jian)少，當(dang)開孔(kong)數達(da)到12時(shi)壓損(sun)達到(dao)最小(xiao)值，随(sui)後壓(ya)損又(you)增大(da)。
 
　　由表(biao)1可以(yi)看出(chu)，等效(xiao)直徑(jing)比爲(wei)0.35的多(duo)孔孔(kong)闆最(zui)佳的(de).開孔(kong)數是(shi)12,與開(kai)孔數(shu)爲1的(de)孔闆(pan)相比(bi)較減(jian)小約(yue)29.4%的壓(ya)力損(sun)失。
2.3.2對(dui)節流(liu)孔分(fen)布的(de)研究(jiu)
　　由方(fang)案設(she)計可(ke)知,本(ben)階段(duan)研究(jiu)主要(yao)有2種(zhong)情況(kuang):
(1)同心(xin)圓沒(mei)有中(zhong)心孔(kong)，以開(kai)孔數(shu)12爲研(yan)究對(dui)象;
(2)同(tong)心圓(yuan)有中(zhong)心孔(kong)，以開(kai)孔數(shu)13爲研(yan)究對(dui)象。
孔(kong)的分(fen)布與(yu)差壓(ya)信号(hao)關系(xi)如表(biao)2所示(shi)。
 
　　從表(biao)2可以(yi)看出(chu),對于(yu)相同(tong)的開(kai)孔數(shu),在山(shan)不變(bian)的情(qing)況✊下(xia)，随着(zhe)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼d1的🤟增(zeng)大,壓(ya)差減(jian)小。對(dui)比開(kai)孔數(shu)爲12,有(you)中心(xin)✂️孔，開(kai)孔數(shu)爲13的(de)差壓(ya)信号(hao)☂️隻大(da)0.5%。
2.3.3對倒(dao)角的(de)研究(jiu)
　　在試(shi)驗測(ce)量的(de)時候(hou)，希望(wang)在減(jian)小壓(ya)損的(de)同時(shi)又能(neng)夠得(de)到較(jiao)大的(de)測量(liang)信号(hao),因此(ci)選取(qu)開孔(kong)數爲(wei)13,有中(zhong)心孔(kong)的多(duo)孔孔(kong)闆做(zuo)進一(yi)🌈步的(de)研究(jiu)。由以(yi)上方(fang)案的(de)設計(ji)可👨‍❤️‍👨知(zhi),倒角(jiao)的研(yan)究有(you)2種情(qing)況:
(1)隻(zhi)有1個(ge)倒角(jiao),在節(jie)流闆(pan)的下(xia)遊端(duan)面;
(2)2個(ge)倒角(jiao),在節(jie)流闆(pan)的上(shang)下遊(you)端面(mian)均有(you)倒角(jiao)。
　　以流(liu)量測(ce)量節(jie)流設(she)計手(shou)冊作(zuo)爲參(can)考,設(she)計節(jie)流孔(kong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的厚(hou)度❓爲(wei)0.02D,倒角(jiao)爲45°。由(you)此可(ke)得如(ru)表3所(suo)示的(de)模拟(ni)結果(guo)。
 
　　由表(biao)3可以(yi)看出(chu)倒角(jiao)的存(cun)在對(dui)于減(jian)小壓(ya)力損(sun)失有(you)着❗巨(ju)大的(de)影響(xiang),對比(bi)開孔(kong)數爲(wei)13、上下(xia)遊都(dou)有倒(dao)角的(de)與上(shang)下遊(you)都無(wu)🙇‍♀️倒角(jiao),壓力(li)損失(shi)降低(di)42.3%。綜合(he).上述(shu)3種情(qing)況,在(zai)直徑(jing)比都(dou)是0.35,開(kai)孔數(shu)爲13,上(shang)下遊(you)均有(you)45°倒角(jiao)的多(duo)孔孔(kong)闆與(yu)标準(zhun)孔闆(pan)相比(bi)，壓力(li)損失(shi)減小(xiao)59.8%。
3試驗(yan)測量(liang)
　　試驗(yan)是在(zai)現有(you)的液(ye)體流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置(裝(zhuang)置主(zhu)要由(you)穩⛱️壓(ya)罐、法(fa)蘭、直(zhi)管段(duan)、标定(ding)容器(qi)構成(cheng)。其中(zhong)穩壓(ya)罐能(neng)夠讓(rang)流體(ti)以恒(heng)定的(de)速度(du)📐進入(ru)直管(guan)段;法(fa)蘭用(yong)于孔(kong)闆的(de)安裝(zhuang);标定(ding)容器(qi)用于(yu)測量(liang)流體(ti)的流(liu)量。).上(shang)使用(yong)自己(ji)設計(ji)的多(duo)孔孔(kong)闆完(wan)成的(de)。所選(xuan)用的(de)孔闆(pan)即前(qian)文仿(pang)真部(bu)分開(kai)孔數(shu)爲13,d;=8、d2=13,上(shang)下遊(you)端面(mian)均☂️有(you)倒角(jiao)的多(duo)孔孔(kong)闆。多(duo)孔孔(kong)闆如(ru)圖7所(suo)示。
 
3.1試(shi)驗方(fang)法
　　取(qu)5個不(bu)同大(da)小的(de)流量(liang)按流(liu)速從(cong)小到(dao)大，再(zai)從大(da)到小(xiao),反複(fu)♌測量(liang)🐪差壓(ya)值,測(ce)量次(ci)數爲(wei)3,測量(liang)結果(guo)取平(ping)均值(zhi)對試(shi)驗測(ce):量時(shi)得到(dao)的流(liu)速進(jin)行模(mo)拟仿(pang)真,并(bing)與試(shi)驗結(jie)果相(xiang)比較(jiao)。由此(ci)🈲可得(de)到如(ru)圖8流(liu)量與(yu)差壓(ya)關系(xi)圖。
 
　　由(you)圖8看(kan)出試(shi)驗結(jie)果與(yu)仿真(zhen)結果(guo)的誤(wu)差較(jiao)小(誤(wu)差能(neng)夠控(kong)制😄在(zai)7%左右(you)),說明(ming)本次(ci)模拟(ni)仿真(zhen)所選(xuan)用的(de)計算(suan)模型(xing)、方法(fa)是可(ke)信賴(lai)的。
4結(jie)論
　　以(yi)内徑(jing)是50mnm,等(deng)效直(zhi)徑比(bi)0.35的多(duo)孔孔(kong)闆作(zuo)爲研(yan)究對(dui)象,用(yong)仿😄真(zhen)💃軟🏃🏻‍♂️件(jian)Fluent6.3模拟(ni)研究(jiu)多孔(kong)孔闆(pan)函數(shu)孔結(jie)構,主(zhu)要是(shi)開孔(kong)數量(liang)、孔的(de)分❓布(bu)以及(ji)倒角(jiao)對于(yu)減小(xiao)壓力(li)損失(shi)所起(qi)到的(de)作用(yong)，并對(dui)仿真(zhen)結果(guo)進行(hang)實流(liu)試驗(yan)驗證(zheng),得到(dao):.
(1)在相(xiang)同等(deng)效直(zhi)徑比(bi)的情(qing)況下(xia),增加(jia)開孔(kong)數以(yi)及倒(dao)角的(de)存在(zai)能有(you)效減(jian)小壓(ya)力損(sun)失;在(zai)孔的(de)數量(liang)和結(jie)構都(dou)㊙️确定(ding)的前(qian)💯提下(xia)均勻(yun)而有(you)序地(di)分布(bu)孔對(dui)測量(liang)⛹🏻‍♀️的影(ying)響可(ke)忽略(lue)🚶;
(2)試驗(yan)結果(guo)與仿(pang)真模(mo)拟結(jie)果基(ji)本吻(wen)合,說(shuo)明隻(zhi)要使(shi)用正(zheng)确👈的(de)計😘算(suan)模型(xing)、精密(mi)的網(wang)格劃(hua)分以(yi)及準(zhun)确的(de)⭐計算(suan)方法(fa)🏃，在沒(mei)有試(shi)驗的(de)條件(jian)下也(ye)可以(yi)使模(mo)拟仿(pang)真對(dui)多孔(kong)孔闆(pan)進行(hang)研究(jiu)。

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