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(yùn)動部件等優(yōu)點(diǎn),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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dú)立性驗(yàn)證和模型驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)研究 結(jié)合模擬計算結(jié)果,對多孔板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在DN25的低溫流動實(shí)驗(yàn)平臺上,開展了以液氮為工質(zhì)的流量測量實(shí)驗(yàn),旨在驗(yàn)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(jìn)一步利用DN50的低溫流動實(shí)驗(yàn)平臺對孔距與半圓孔對多孔板性能的影響情況進(jìn)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(jìn)一步指導(dǎo)多孔板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。