多孔(kǒng)孔闆流量(liang)計 是一種(zhong)節流式流(liú)量計，在圓(yuan)形闆片上(shàng)布置多個(gè)介質流通(tōng)孔．對按照(zhao)特定方式(shì)設計的多(duo)孔孔闆局(jú)部壓力損(sǔn)失系數🤞ξ和(hé)節流特性(xing)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(xiào)直徑比β之(zhī)間的關系(xì)式，并且得(de)出💋等效直(zhi)徑㊙️比β是影(ying)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(ji)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(dù)高、壓損小(xiǎo)🏃‍♂️、需要前🔆後(hou)直管段短(duan)等優點．利(lì)用孔分布(bù)、孔闆厚度(du)以🌐及擾動(dòng)對多孔孔(kong)闆的流出(chū)系☂️數Cd的影(yǐng)響．
　　介質經(jing)過多孔節(jiē)流件後形(xing)成多股受(shòu)限型射流(liu)，由于多股(gu)射🚶流❌之間(jiān)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(xi)假說，1986年Tumer對(duì)這個假說(shuo)的發展進(jin)行了詳細(xì)說明．系統(tǒng)地研究了(le)射流入射(she)間距對雙(shuāng)股射流彙(huì)聚區和聯(lian)合👉區流動(dòng)結構的影(yǐng)響；利用PIV技(jì)術在入射(she)速度不♍同(tóng)的情況下(xià)對雙股平(píng)行射流的(de)卷吸❌效應(ying)、湍流強度(du)、速♋度剖面(miàn)以及雷諾(nuò)應力進行(hang)了研究．利(lì)用PLIF技術對(dui)平行雙股(gu)射流流場(chang)中的混合(hé)區進行測(ce)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(dà)量的工作(zuò)🛀，對流場中(zhōng)的一些流(liú)動特性和(hé)流🈲動機理(lǐ)取得了豐(feng)富的成♉果(guo)．利用多股(gǔ)射流理論(lùn)和☂️實驗相(xiang)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(kǒng)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(zhou)安裝多孔(kǒng)孔闆，來流(liú)方向如圖(tu)1（a）中箭頭所(suo)示，采用壁(bì)面取😄壓方(fāng)式．

不(bú)可壓縮流(liú)體的體積(ji)流量計算(suan)公式爲

　　式(shi)中：qV爲體積(jī)流量，m3/s；Δp爲差(cha)壓，爲影響(xiǎng)流出系數(shù)Cd的關鍵因(yīn)素，Pa；Cd爲🌍流出(chu)🌈系數，無量(liàng)綱，該參數(shu)是從實驗(yan)中獲得；ρ爲(wèi)流體密度(du)，kg/m3；β爲等效直(zhí)徑比；ds爲節(jie)流孔的等(děng)效直徑．
2影(yǐng)響計量精(jīng)度的因素(su)分析
　　圖2爲(wei)管徑100,mm、β=0.6的多(duō)孔孔闆流(liú)量計在雷(léi)諾數爲52×10的(de)條件下❌的(de)内部流❄️場(chang)的速度矢(shi)量圖，在上(shàng)下遊取壓(ya)口處取截(jié)面Ⅰ和Ⅱ，根據(ju)不可壓縮(suō)⭐流體的伯(bo)努利方程(chéng)

　　式中：p1和p2分(fen)别爲截面(mian)Ⅰ和Ⅱ處的靜(jìng)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(sun)系數；表示(shi)截面Ⅰ和Ⅱ處(chu)的動能變(bian)化量；表示(shì)内能損失(shi)，與多孔孔(kong)闆結構相(xiàng)關．根據動(dong)能
第2表達(da)式得

式中(zhong)：ω爲渦量；v爲(wei)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(liú)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(ping)價指标，由(you)式(2)、式(5)、式(6)可(ke)知，流出系(xì)數Cd主要受(shou)渦量影響(xiang)．

　　介質經(jing)過多孔孔(kǒng)闆後形成(cheng)多股受限(xiàn)型射流，射(she)流自‼️孔口(kou)出射後與(yu)周圍靜止(zhǐ)流體間形(xíng)成速度不(bú)連續的間(jiān)斷面，間斷(duàn)面失穩而(er)産生漩渦(wō)．漩渦卷吸(xī)周圍流體(tǐ)❗進入到射(shè)流，同時不(bú)斷移動、變(biàn)形、分裂産(chǎn)生紊動，其(qi)影響逐漸(jiàn)向内外發(fa)展形成内(nei)外兩個自(zi)由⛷️紊動的(de)剪切層．自(zì)由剪切層(céng)中的漩渦(wo)通過分裂(lie)、變♻️形、卷吸(xī)和合并等(deng)物理過程(cheng)，除了形成(chéng)大量的随(sui)機㊙️運動小(xiao)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(ni)序結構由(yóu)縱❄️向渦和(hé)展向渦組(zu)成，其中展(zhan)向渦結構(gou)對剪切層(céng)的發展控(kòng)制起主要(yào)作用，對紊(wen)流的産🌐生(shēng)、能量的傳(chuán)遞、動量輸(shū)運和紊動(dòng)摻混等産(chǎn)生直接影(ying)響[12-15]，因此，大(dà)尺度的展(zhan)向渦結構(gou)是影響多(duō)孔孔闆流(liu)量計計量(liang)性能的關(guān)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(liú)❤️而運動，增(zēng)加了射流(liú)的總質量(liang)．卷吸量⁉️是(shì)反映射流(liú)卷✏️吸作用(yong)強弱的标(biāo)準，其大小(xiǎo)與剪切層(ceng)中大尺度(dù)渦❤️的發展(zhǎn)演化過程(cheng)及強度相(xiàng)關．在管壁(bì)的約束下(xià)，介質進入(rù)多孔孔闆(pǎn)後形成的(de)射流隻👣能(néng)卷吸有限(xian)的環境流(liú)體．在靜壓(ya)差的影響(xiǎng)下，射流🍉間(jiān)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(ju)決定．由連(lian)續性方程(chéng)可知，管道(dào)中任一與(yǔ)流向垂☎️直(zhí)截面上的(de)質量通量(liang)與管道入(rù)口處的質(zhi)量通量相(xiàng)👄等，從而可(kě)以得出漩(xuán)渦的卷吸(xī)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(xuán)渦卷吸作(zuo)用的❗強度(du)，從而揭示(shi)漩渦的卷(juan)吸作用對(dui)流量計計(ji)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(tong)量來揭示(shi)大尺度渦(wo)對流量計(jì)計量精度(du)的影響規(guī)律，因此需(xu)要獲取多(duō)孔孔闆流(liu)🈲量計内部(bu)流場的真(zhēn)實信😍息．對(duì)不同形式(shì)樣機進行(háng)實驗與CFD仿(pang)真，利用實(shí)驗結果及(ji)😘射流理論(lun)驗證仿真(zhen)😄精度
實流(liu)實驗

　　該實(shí)驗是在天(tiān)津大學流(liu)量實驗室(shi)水流量裝(zhuāng)置上✍️完成(chéng)的💜，該☔裝置(zhì)使用稱重(zhòng)法檢定，其(qi)不确定度(dù)爲0.05%，流量穩(wěn)定性🔅0.1%，流量(liàng)範圍5～300,L/h．文獻(xiàn)[14]對實驗裝(zhuang)置進行了(le)詳細說明(míng)，實🏃🏻‍♂️驗裝置(zhì)如圖3所示(shì)．爲了👉保證(zheng)獲取準确(què)的差壓信(xin)号，在實驗(yàn)過程采用(yòng)

3.2仿真實驗(yan)
　　多孔孔闆(pǎn)流量計流(liu)場情況較(jiào)爲複雜，這(zhe)就要求湍(tuān)流計算模(mo)型🔆對含有(you)大量漩渦(wō)及剪切層(ceng)的流場具(ju)有較好的(de)計算效果(guo)；多孔⚽孔闆(pǎn)流量計采(cǎi)用壁面取(qǔ)壓方式📞，該(gāi)取壓方式(shi)要⛱️求湍流(liu)計算模🔴型(xing)對近壁區(qū)👉域有較好(hao)的計算效(xiao)🐕果．選擇SST(剪(jian)切應力傳(chuán)輸)k-ω湍流模(mo)型．該模型(xíng)是由Menter提出(chu)的雙方程(chéng)湍流模型(xíng)，集成了Standardk-ω模(mo)💋型與Standardk-ε模型(xíng)的👅特點．不(bu)但在近壁(bi)區域及尾(wei)流有🏃‍♀️很好(hao)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(hǎo)的預測效(xiào)💃果[15-17]．文獻[18]對(dui)多孔孔🚩闆(pan)📐的仿真計(jì)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(fèn)布規律，在(zai)仿真計算(suan)結果的後(hou)處理中截(jie)取多個徑(jìng)向截面，該(gāi)截面♉位于(yu)多孔孔闆(pǎn)下遊具有(you)回流的區(qu)域中，提取(qu)整個截面(miàn)上的軸向(xiàng)🔞速度．爲㊙️了(le)求出各截(jie)面上的回(hui)流通量，利(li)用delaunay三角化(hua)函數将整(zheng)個截面上(shàng)🌐坐标點重(zhong)構成三角(jiǎo)形網格，計(ji)算每個網(wang)格的面積(jī)💘及通過該(gai)網格的法(fa)向速度，如(rú)🐕圖5所示，其(qí)中圖5(a)的坐(zuò)标爲管道(dào)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(biao)示與流向(xiang)相反的速(sù)度；iA表示法(fa)向速度與(yu)流向相反(fǎn)的單元格(ge)面積．
3.3仿真(zhēn)結果驗證(zheng)
　　結合多股(gǔ)射流理論(lun)及實流實(shi)驗對仿真(zhēn)結果進行(háng)定🆚性和定(ding)量驗證，從(cóng)表1中可以(yǐ)看出仿真(zhen)計算結果(guo)與實流實(shi)驗結果的(de)相對誤差(cha)在5%以内，表(biao)中ε爲仿真(zhēn)流出系數(shu)CCFD與實驗流(liu)出系數CEXP的(de)相對誤差(chà)，表達式爲(wei)。圖6～圖8分别(bie)是樣機C速(sù)度雲圖、湍(tuān)流強度雲(yun)圖、渦量雲(yún)圖，從✔️圖中(zhōng)💋可㊙️以看出(chū)介質經過(guo)多孔孔闆(pǎn)後形成多(duō)🙇🏻股受限型(xíng)射流，射流(liu)之間相互(hu)卷吸而産(chan)生會聚，最(zuì)終合成一(yī)股射流；射(shè)流之間和(he)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(liú)的剪切層(céng)🔴中；在剪切(qiē)層🌈中産生(shēng)大尺♻️度展(zhǎn)向渦．上🔱述(shu)現象與文(wén)獻[10]描述一(yī)緻．因此，仿(páng)真計算結(jié)果與真實(shi)流動狀況(kuàng)吻合．


1160-13
4數據(jù)處理
4.1實驗(yan)數據處理(li)
　　 節流式流(liú)量計 的線(xiàn)性度δl及重(zhòng)複性σ是評(píng)價流量計(ji)性能的重(zhòng)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(wèi)

　　從圖9中可(kě)以看出，實(shí)驗樣機的(de)σi均随着雷(lei)諾數Re的增(zeng)大而減小(xiao)📐，當Re增大到(dào)一定程度(dù)時，σi接近常(cháng)數，并且樣(yàng)機A的σ值最(zui)大，樣機B次(ci)之，樣❗機C最(zui)小．從圖10中(zhong)可以看出(chu)💃，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(liu)出系數Cd接(jie)🐪近常數的(de)🈲流速區間(jian)爲流量計(ji)🍉的量程範(fan)圍，線性度(du)δl表征在量(liang)程範圍内(nei)的計量精(jīng)🏃🏻‍♂️度．樣機A在(zai)6∶1的量程範(fan)圍内δl=0.91%；樣機(ji)B在8∶1的量程(cheng)範圍内δl=0.75%；樣(yàng)機C在15∶1的量(liang)程範圍内(nèi)δl=0.57%．

4.2回流通量(liàng)數據處理(lǐ)
　　圖11～圖13爲實(shi)驗樣機在(zai)不同流速(su)下的回流(liú)通量随流(liu)向距離的(de)變化曲線(xian)，圖中以無(wu)量綱值Qr/Qv作(zuò)爲縱坐标(biāo)，表征回流(liú)通量的大(dà)小，Qr爲‼️回流(liú)通量，Qv爲管(guan)道入口流(liú)量．從圖中(zhōng)可以看出(chū)，在各流速(sù)點下無量(liang)綱值Qr/Qv沿流(liu)向呈抛物(wù)❤️線變化，并(bìng)且各樣機(ji)的Qr/Qv的最大(dà)值出現位(wei)置固定；随(suí)着流速的(de)增加，Qr/Qv增加(jiā)，當流速增(zēng)加到某一(yī)值時，Qr/Qv沿流(liú)向📧的❄️分布(bù)曲線重合(he)．因此，Qr/Qv從沿(yan)流向🤟的非(fēi)相似分布(bu)過渡到相(xiàng)似分布．在(zài)非相似分(fèn)布速度區(qu)間中，各流(liu)速點下的(de)回流通量(liàng)沿流向分(fen)布差異較(jiào)大；而在相(xiang)似分布速(su)度區間中(zhōng)，各流速點(diǎn)下的⛷️回流(liú)🔞通量沿流(liú)向分布重(zhong)合．非相似(sì)分布與相(xiàng)似分布之(zhī)間一定存(cún)在一個臨(lin)界速度❓點(dian)vc，vc的取值與(yǔ)樣機的結(jie)構相關，樣(yàng)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(zhí)㊙️是0.50,m/s．因此，v<1.25m/s、v<0.70,m/s、v<0.50m/s分(fen)别爲樣機(ji)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(du)區間💃🏻．

　　樣機(jī)結構不同(tóng)，在相同速(sù)度點下的(de)Qr/Qv不同．圖14與(yu)圖15分🍉别⚽爲(wèi)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(xian)．在v=0.3m/s時，樣機(ji)A、B、C的回流通(tong)量沿流向(xiang)呈非相似(si)分布；在v=2.0,m/s時(shi)，樣機A、B、C的回(hui)流通量沿(yán)流向呈相(xiàng)似分布．在(zai)這兩個速(su)度點下，樣(yang)機A的Qr/Qv最大(da)，樣機B次之(zhi)，樣機C最小(xiǎo)．

4.3結果分析(xī)
　　從數據處(chu)理的結果(guǒ)可以看出(chu)回流通量(liàng)與多孔孔(kong)㊙️闆流量計(jì)的計量性(xing)能之間具(ju)有較強的(de)規律性．
　　對(dui)于同一塊(kuài)多孔孔闆(pan)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(xiàng)呈非相似(si)分布，流出(chū)系數Cd波🚶‍♀️動(dong)較大且重(zhòng)複性σ較低(dī)；在v≥vc這一流(liu)速區間内(nèi)，各流速點(diǎn)下的回流(liu)通量Qr沿流(liú)向呈💞相似(sì)分布，流⭐出(chu)系數Cd的線(xian)性度δl較小(xiǎo)且重複性(xing)σ較高．這🔞說(shuō)明在低流(liu)速下，湍流(liú)脈動頻率(lǜ)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(jiao)高時，湍流(liú)脈動頻率(lü)增強，大🔱尺(chi)度漩渦的(de)運🍓動過程(cheng)對差壓信(xìn)号影響程(cheng)度減弱．
　　對(dui)于不同多(duo)孔孔闆流(liú)量計，在v＜vc流(liú)速區間内(nèi)的相同速(sù)度點💘下，流(liú)出系數Cd的(de)重複性随(suí)回流通量(liang)的增大而(ér)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(jiǎn)小；在v≥vc的流(liú)速區間内(nei)，流出系數(shù)Cd的線性度(du)δl随回流通(tōng)量的增🔴加(jia)而增大．
5結(jié)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(liu)通量随流(liu)速的變☀️化(hua)呈非相似(si)性分布與(yǔ)相似性分(fèn)布，兩種分(fèn)布狀态之(zhī)間存🌍在臨(lín)界速度vc，vc的(de)大小與多(duō)孔孔闆的(de)結構相關(guan)，vc越小，量程(chéng)範圍越寬(kuan)；當回流通(tong)量沿流向(xiàng)呈非相似(si)性分布時(shí)，同一塊多(duo)孔孔闆在(zài)相🌍同流速(su)點下的流(liú)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(sì)性時，同一(yi)塊多孔孔(kong)闆在相同(tong)流速點下(xià)的流出系(xì)數Cd重複性(xing)較好，在不(bú)同流速下(xia)流出系數(shù)Cd線🛀🏻性度較(jiao)高；并且不(bú)同結構的(de)多孔孔闆(pan)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(gao)．利用該方(fāng)法優化多(duo)孔孔闆流(liú)量計不但(dàn)可以降低(di)成本、容易(yì)實現，而且(qiě)對優化其(qi)他形🔅式的(de)節流式流(liú)量㊙️計具有(you)一定的意(yi)義．

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