摘要：爲(wèi)了提高(gāo)多孔孔(kong)闆流量(liàng)傳感器(qi)
的計量(liang)性能,利(li)用仿真(zhēn)計算與(yǔ)實流實(shi)驗相結(jie)合的🈲方(fāng)式對多(duō)孔孔闆(pan)流量傳(chuán)感器的(de)結構參(can)數對計(jì)量性能(néng)的影響(xiǎng)進行了(le)研究。利(lì)用實流(liu)實驗結(jie)果和多(duō)股射流(liú)的研究(jiu)🈲成果對(dui)🈲仿真計(ji)算結果(guo)進行驗(yan)證,結果(guo)表明:多(duo)孔孔闆(pǎn)安裝位(wei)置對計(ji)量結果(guǒ)的影響(xiǎng)程🌈度受(shòu)相對入(rù)射間距(jù)s影響;.流(liu)出系數(shu)C受♌到相(xiàng)對入射(shè)間距s、環(huán)狀排列(liè)孔所在(zài)區域的(de)外緣與(yǔ)管壁之(zhi)間的📐最(zuì)小距離(lí)d2和厚度(du)I的影響(xiǎng);流出系(xi)數🏃C的線(xian)性度主(zhu)要受環(huan)狀排列(liè)孔所在(zai)😍區域内(nèi)緣與中(zhong)心節流(liú)孔邊緣(yuan)之間的(de)最小徑(jìng)向距離(lí)d,影響。
多(duō)孔孔闆(pǎn)流量傳(chuán)感器是(shì)在标準(zhun)孔闆基(ji)礎上發(fa)展起來(lái)的節流(liu)裝置,是(shi)一個對(dui)稱的多(duō)孔圓盤(pán)。從文獻(xiàn)[1~3]可以🤞看(kàn)出⛱️，該流(liu)量計🐪具(ju)有比标(biāo)準孔闆(pǎn)更爲出(chu)色的計(ji)量性能(néng)。多孔🐅孔(kong)闆的孔(kǒng)排列💯方(fāng)式及孔(kong)闆的厚(hou)度等幾(jǐ)何參數(shu)決定了(le)流量傳(chuán)感器的(de)測量💔性(xing)能。設計(jì)了6種口(kou)徑(D=100mm、等😘效(xiào)直徑比(bǐ)β=0.6)具有不(bú)同孔分(fèn)布形式(shì)和厚度(dù)的多孔(kǒng)孔闆。在(zài)流速範(fàn)圍爲0.5~7.5m/s的(de)工況下(xia),利用仿(páng)真計算(suàn)與實☎️流(liu)實驗相(xiàng)結合的(de)方法對(duì)多孔孔(kong)闆的幾(jǐ)何結構(gòu)對計量(liang)性能🛀🏻的(de)影響進(jin)行了研(yán)究。
多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gǎn)器簡介(jiè)
由射流(liú)理論可(kě)知,介質(zhì)經過多(duō)孔孔闆(pan)後形成(chéng)多股受(shòu)㊙️限性淹(yān)沒㊙️射流(liú)，因此多(duō)股射流(liu)的研究(jiū)成果對(duì)于研究(jiu)多孔孔(kong)闆流量(liàng)傳感器(qi)具有一(yī)定的指(zhi)導意義(yi)。多股射(she)流與單(dān)股射流(liu)的主要(yao)區别是(shi)孔間射(shè)流射出(chu)後在其(qi)相鄰兩(liǎng)股☔射流(liu)之間存(cún)在相互(hù)卷吸作(zuo)用🐆,這直(zhí)接影響(xiang)着流動(dong)的發生(sheng)與發展(zhǎn)過程,因(yīn)此多;股(gu)🆚射流的(de)流場⛱️比(bǐ)單股射(shè)流的流(liu)場要複(fú)雜很多(duo)。國内外(wai)學者通(tong)過理論(lùn)分析、實(shí)驗測量(liàng)和數值(zhí)模拟的(de)方式對(duì)多股射(she)流進行(hang)了研究(jiu),目前已(yǐ)經對流(liu)動特性(xing)和流動(dong)機理有(yǒu)了一定(ding)的認識(shí)🌏。爲了便(bian)于研究(jiū)，雙股♉射(shè)流成爲(wèi)衆多學(xué)者研究(jiu)多股射(shè)流的基(jī)✊礎。
由文(wén)獻[4~8]可知(zhi),雙股射(shè)流按其(qi)流動特(te)性可分(fen)爲會聚(jù)區和聯(lian)合區,如(ru)圖1所示(shi)。由于兩(liang)股射流(liú)的卷吸(xī)和幹擾(rao),以緻在(zai)兩股射(she)流的彙(hui)聚區内(nèi)形成負(fù)壓區,在(zài)該區内(nei)存🌈在一(yī)對穩定(ding)的旋轉(zhuan)方向相(xiàng)反的旋(xuán)渦，旋渦(wō)的長度(dù)随着孔(kong)間間距(jù)的增大(da)而增長(zhǎng)[6]。在兩股(gǔ)射流聯(lian)合後下(xia)遊附近(jin)速度由(yóu)會聚區(qū)内的負(fu)值變爲(wei)正👨❤️👨值,預(yu)期存在(zài)一個點(dian),在該點(diǎn)的.速度(du)爲零,這(zhe)個點稱(cheng)爲自由(you)滯點或(huo)混合點(diǎn)95),通過确(què)定該點(dian)的位置(zhì)可以反(fǎn)映出會(huì)聚區内(nei)旋🈲渦的(de)長度。射(she)流的🧑🏽🤝🧑🏻出(chū)射速度(du)越大,對(duì)周圍流(liú)體的卷(juàn)吸作用(yong)越強烈(lie),射流之(zhī)間的旋(xuan)渦也越(yue)強烈,因(yīn)此⭐多股(gǔ)射流流(liú)場中會(huì)有射流(liu)運動方(fang)向偏轉(zhuan)的現象(xiàng)發生(8]參(can)考雙股(gu)射流的(de)流動特(tè)征㊙️對多(duo)孔孔闆(pan)的流場(chǎng)進行了(le)區域劃(hua)分，如圖(tu)2所示。
2多孔孔(kong)闆流量(liang)傳感器(qi)結構和(hé)參數定(ding)義，
多孔(kong)孔闆流(liu)量傳感(gǎn)器的簡(jiǎn)化示意(yì)圖如圖(tú)3所示,其(qi)中🌈d1爲環(huan)形排列(lie)孔内緣(yuán)與中心(xin)節流孔(kǒng)外緣之(zhi)間的最(zui)小距離(li)📧;d2爲環形(xing)排列孔(kong)外緣與(yu)管壁之(zhī)間的最(zuì)小♋距離(li);D爲🤩多孔(kǒng)孔♻️闆流(liú)量傳感(gǎn)器口徑(jing);D1爲中心(xīn)節流孔(kǒng)的直徑(jìng);D2爲環狀(zhuàng)排列孔(kǒng)的直徑(jing);D3爲環狀(zhuàng)排🧑🏾🤝🧑🏼列孔(kǒng)圓心所(suo)在圓的(de)直徑;τ爲(wèi)環狀排(pái)⛹🏻♀️列孔中(zhōng)相鄰孔(kong)邊緣的(de)最小距(ju)離;P1、P2爲多(duo)孔孔闆(pan)的安裝(zhuang)定位标(biāo)志，當位(wei)置P1與上(shang)/下遊取(qǔ)壓孔在(zai)一🥵條直(zhí)線上時(shi)爲安🌈裝(zhuāng)方式一(yi),當位置(zhi)P2與上/下(xia)遊取壓(ya)孔👣在一(yī)條直線(xiàn)上時🎯爲(wèi)安裝方(fang)式二;1爲(wei)多孔孔(kong)闆的厚(hòu)度。
定義s爲(wèi)相對人(rén)射間距(jù),其計算(suàn)式爲:
3實(shí)驗結果(guǒ)分析
爲(wèi)了分析(xī)多孔孔(kǒng)闆結構(gou)參數對(dui)多孔孔(kǒng)闆計量(liàng)性能的(de)影響,設(she)計了不(bu)同形式(shi)的實驗(yan)樣機(圖(tu)4),各樣機(ji)的具🏃♀️體(ti)結⛷️構參(can)🔞數見表(biǎo)1。實流實(shí)驗在兩(liǎng)種孔闆(pǎn)安裝方(fang)式下進(jìn)行,并且(qiě)在同一(yi)流量範(fàn)圍内利(lì)用稱重(zhong)法檢定(ding)裝置對(dui)實驗樣(yàng)機進行(hang)标定,實(shi)驗結果(guǒ)見表2。在(zài)仿真計(jì)算中,按(àn)照實流(liu)實驗方(fāng)法利用(yòng)SSTk-w湍流模(mo)型對✌️實(shí)驗樣機(jī)進行仿(páng)真計算(suan)[9.10],計算🔱結(jie)果與實(shi)流實驗(yàn)結果的(de)相對誤(wu)差在5%以(yi)内。因🍓此(cǐ)仿真計(ji)算結果(guo)可以對(duì)多孔孔(kong)闆流量(liang)傳感🤞器(qì)實流實(shi)驗結果(guǒ)進行合(hé)理分析(xī)。
3.1s對多孔(kong)孔闆流(liú)量傳感(gan)器安裝(zhuang)位置的(de)影響
結(jie)構參數(shu)s=t/D2。從表1、2的(de)實驗結(jié)果可以(yi)看出，當(dāng)參數s較(jiao)小時(s≤0.34),在(zai)兩🌈種🥰安(ān)裝方式(shì)下測得(dé)的流出(chū)系數平(ping)均值的(de)㊙️相對⛱️誤(wu)差Ec較小(xiǎo)✌️(Ec≤0.23%),說明多(duō)孔㊙️孔闆(pan)流量傳(chuan)感器的(de)安:裝🈲位(wèi)置變化(hua)對計量(liang)結果影(ying)響較💋小(xiao);當參數(shu)s較大時(shí)(s≥0.72),在♈兩種(zhǒng)安裝方(fang)式下測(cè)🐅得的流(liu)出系數(shù)平均值(zhí)的相對(duì)🎯誤差Ec較(jiao)大(Ec=2.35%),說明(ming)多孔孔(kǒng)闆流量(liàng)傳感器(qì)❓的安裝(zhuāng)位置變(bian)化對計(jì)量結果(guǒ)影響較(jiao)大。
3.2d2對多(duo)孔孔闆(pan)流量傳(chuan)感器計(ji)量性能(neng)的影響(xiǎng)
從實驗(yàn)結果可(kě)以看出(chū):
a.當參數(shù)s≤0.34時,樣機(ji)a、b、c、d、e的流出(chū)系數C随(suí)着參數(shu)d,的減小(xiao)而增大(dà)💔;
b.當參數(shu)s(s=0.99)較大時(shí)(如樣機(jī)f),d2=0.0425D,是所有(you)樣機中(zhōng)的最小(xiǎo)值,但㊙️流(liú)出系🐇
數(shù)C也最小(xiao)。
3.3d,對多孔(kǒng)孔闆流(liú)量傳感(gan)器性能(neng)的影響(xiǎng)
當結構(gou)參數d1在(zài)較小的(de)範圍内(nei)(0.0450D≤D1≤0.0750D)變化時(shi),流出系(xi)數的🚩線(xiàn)性度較(jiao)好，約爲(wèi)0.5%,如樣機(jī)a、b、c;當d1(d1≥0.1050D)較大(dà)時(如樣(yang)機d、e、f),流出(chu)系數C的(de)線性度(dù)在0.8%以上(shang)。以具🏒有(you)相同厚(hòu)度l的樣(yàng)機a、b、d、e爲例(li)💋來分析(xi)上述實(shí)驗結果(guo)。節流式(shi)流量傳(chuán)感器差(chà)壓信号(hao)的穩定(dìng)♌性主要(yào)是受節(jie)流件👈下(xia)遊的旋(xuan)渦影響(xiang),多孔孔(kong)闆下遊(you)💃的旋渦(wo)主要由(you)壁面旋(xuan)渦區和(he)射流間(jian)♻️旋渦區(qū)組成。由(yóu)仿真計(jì)算結果(guo)可知,當(dang)多孔孔(kǒng)🤞闆流量(liang)傳感器(qì)的參數(shù)s≤0.72時,壁面(miàn)旋渦區(qu)與🚶♀️射流(liu)間旋渦(wo)區🧡是相(xiàng)互獨立(lì)的，因此(ci)👈經過環(huán)狀排列(lie)孔的射(shè)流對壁(bì)面回流(liú)區的旋(xuán)渦強度(dù)起主導(dǎo)作用。由(you)實流實(shi)驗結果(guǒ)可知,在(zai)相同流(liú)速下,樣(yàng)機a、b、d、e的流(liu)出系數(shu)随着結(jié)構✌️參數(shù)d2的增大(da)而減小(xiao),這表明(míng)壁面處(chu)旋渦強(qiáng)度随着(zhe)🛀🏻結構🌈參(cān)數dr的增(zēng)大而增(zeng)強⛷️，而線(xiàn)性度卻(què)随着參(can)數d2的增(zēng)大而提(tí)高。上述(shu)分析表(biǎo)明多孔(kǒng)✨孔闆射(shè)流間的(de)旋渦是(shi)影響線(xiàn)性度的(de)主要因(yīn)素。從圖(tú)⭐5中可以(yi)看出,經(jīng)☔過樣機(jī)a.b.d、e的環狀(zhuang)排列孔(kong)射流與(yu)中心節(jie)流孔射(she)流之💁間(jiān)的自由(you)滞✊點分(fen)别在距(jù)🌈離孔闆(pǎn)下遊面(miàn)✂️12、17、25、.85mm位置處(chu),其中樣(yàng)機d自由(yóu)🔞滞點幾(jǐ)乎與取(qǔ)壓❌位置(zhi)重合,而(er)樣機e的(de)自由滞(zhi)點遠離(lí)取壓位(wei)置。這說(shuo)明環狀(zhuang)❌排列孔(kong)🐪射流與(yu)中心節(jiē)流孔射(she)流之間(jian)的旋渦(wo)的長度(dù)随着結(jie)構♊參數(shu)d,的增大(dà)而增長(zhang),與文獻(xiàn)[6]的結論(lùn)一緻。當(dāng)射流間(jiān)旋渦區(qū)長度接(jie)近取壓(yā)位置或(huo)者超出(chu)取壓位(wèi)置時,多(duō)孔孔闆(pan)流出系(xi)數C的線(xian)性度較(jiào)差;當射(she)流間旋(xuan)渦🚶的長(zhǎng)度在離(li)取壓位(wei)置在一(yi)-定距離(lí)範🛀圍内(nei)變化時(shí),多孔孔(kǒng)闆☂️流出(chū)系數C的(de)線性度(dù)幾乎無(wu)變化。綜(zong)上所述(shù),結構參(cān)數D1是影(yǐng)響多孔(kong)孔闆流(liú)量傳感(gan)器流出(chū)系數線(xiàn)性度的(de)主要因(yin)素。
3.4厚度(dù)l對多孔(kǒng)孔闆流(liú)量傳感(gǎn)器計量(liang)性能的(de)影響
樣(yang)機b、c的厚(hòu)度t不同(tong),其中樣(yàng)機b的厚(hòu)度t=5mm,樣機(ji)c的厚度(dù)t=10mm,其他結(jié)構參數(shù)👌均相同(tóng)。從實驗(yan)結果可(ke)以看出(chū),流出系(xi)數C随着(zhe)厚度t的(de)增加而(ér)增✍️大。對(duì)樣機b與(yu)c的實驗(yàn)結果分(fen)析如下(xia):圖6爲樣(yàng)機b、c在孔(kong)闆下遊(you)P1取壓位(wei)置處的(de)速度曲(qǔ)線，圖中(zhong)區域I爲(wèi)通過環(huan)狀排列(lie)孔的速(sù)度剖面(miàn)。`Vb、`Vc分别表(biao)示樣🏃機(jī)b、c流向上(shàng)的💜平`均(jun)速度。從(cong)圖中可(ke)以看🈲出(chu),區域I中(zhong)`Vc<`Vb。由多股(gu)射流理(lǐ)論可知(zhī),經過樣(yang)機e環狀(zhuàng)排列孔(kǒng)的射流(liu)對周圍(wéi)流體的(de)卷吸作(zuo)用較弱(ruo),因此壁(bì)面😍處旋(xuan)渦強度(du)較小🌍,從(cong)而使流(liu)出系數(shu)C變大。
4結(jié)論
4.1在不(bú)同安裝(zhuang)方式下(xià)測得的(de)流出系(xi)數平均(jun)值的相(xiàng)對誤差(cha)Ec的大🐪小(xiǎo)受環狀(zhuang)排列孔(kong)之間的(de)人射間(jian)距s影響(xiǎng)。
4.2流出系(xi)數C受環(huan)狀排列(lie)孔人射(shè)間距s、結(jie)構參數(shu)d2和厚㊙️度(dù)影響,影(yǐng)響方式(shì)爲:當s較(jiào)小時(s<0.72),流(liu)出系數(shù)C随着參(cān)數d2的減(jian)小而增(zēng)大;當s較(jiao)大時(s=0.99),流(liú)出系數(shu)C的大小(xiao)不受參(cān)數d2的影(yǐng)響,其大(dà)小接近(jin)相同β值(zhi)的标準(zhǔn)孔闆;對(duì)于具有(yǒu)相同孔(kǒng)分布形(xíng)式且β值(zhí)相同的(de)多孔孔(kǒng)闆,流出(chu)系💚數C随(sui)着厚度(du)🏃♀️?的增加(jiā)而增大(da)。
4.3流出系(xi)數C的線(xiàn)性度受(shou)參數d,的(de)影響:當(dang)D1在較小(xiao)範圍内(nei)變化時(shi)(0.0450D≤d1≤0.0750D),流出系(xì)數的線(xian)性度較(jiào)好(0.5%),并且(qie)幾乎不(bu)變;當d,在(zai)較大範(fàn)圍内時(shí)(d1≥0.1D),流出系(xì)數C的線(xiàn)性度變(biàn)差,在0.9%以(yi)上。
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