多孔板流量計具有多孔圓盤節(jié)流整流器結(jié)構(gòu),其不但繼承了標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的結(jié)構(gòu)簡單、無運動部件等優(yōu)點,而且能夠平衡調(diào)整流場,明顯減少渦流、降低死區(qū)效應(yīng)、減少流體動能的損失,在流體(尤其是低溫流體)流量測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多孔板的開孔面積、節(jié)流孔的大小、個數(shù)及排列方式等結(jié)構(gòu)參數(shù)均會對多孔板流量計的性能產(chǎn)生影響。為了進一步探討多孔板流量計測量低溫流體流量時的特性,設(shè)計適合低溫流體的多孔板流量計,本文針對以下幾個方面開展了較為系統(tǒng)的理論、數(shù)值模擬和實驗研究工作：

1.流體節(jié)流過程的流量及壓損理論分析 基于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計節(jié)流測量的原理,根據(jù)連續(xù)性方程和伯努利方程推導(dǎo)了流量與壓力損失的計算公式,并根據(jù)公式分析了影響多孔板流量計性能參數(shù)即流出系數(shù)與壓力損失系數(shù)的因素,可為數(shù)值仿真與實驗研究提供理論指導(dǎo)。

2.多孔板性能的數(shù)值模擬與分析 通過Fluent仿真軟件,采用數(shù)值模擬的方法,經(jīng)網(wǎng)格獨立性驗證和模型驗證后,結(jié)合Realizable k-ε湍流模型與Schnerr-Sauer空化模型,對流體種類和結(jié)構(gòu)參數(shù)對多孔板性能的影響進行了數(shù)值模擬。根據(jù)模擬計算結(jié)果,系統(tǒng)研究了液氮、液氧、液氫和水的物性以及多孔板的開孔形式、多孔板厚度、等效直徑比和開孔大小等結(jié)構(gòu)參數(shù)對流出系數(shù)C、壓力損失系數(shù)ξ與雷諾數(shù)Re穩(wěn)定區(qū)間的影響情況。在此基礎(chǔ)上,分析了多孔板對低溫流體的適用性,并提出符合圓管中紊流速度分布規(guī)律的開孔方式,為多孔板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供初步的參考意見。

3.基于低溫流體液氮的多孔板特性實驗研究 結(jié)合模擬計算結(jié)果,對多孔板進行了實驗研究。在DN25的低溫流動實驗平臺上,開展了以液氮為工質(zhì)的流量測量實驗,旨在驗證數(shù)值模擬提出的開孔方式符合圓管中紊流速度分布規(guī)律的多孔板性能較優(yōu)的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上,進一步利用DN50的低溫流動實驗平臺對孔距與半圓孔對多孔板性能的影響情況進行了研究。分析了不同孔距的多孔板流出系數(shù)C與壓力損失系數(shù)ξ的變化情況,以及半圓孔的引入對C和ξ的影響,可進一步指導(dǎo)多孔板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。