淺析差壓式節(jié)流裝置的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

    多孔孔板和楔形節(jié)流裝置作為兩種新型的節(jié)流差壓式流量測(cè)量?jī)x表,與傳統(tǒng)差壓式節(jié)流裝置相比,具有顯著的優(yōu)勢(shì),在流體測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用前景。多孔孔板節(jié)流裝置突出的特點(diǎn)是可以平衡調(diào)整流場(chǎng)、可以實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)量、流動(dòng)噪聲小、永久壓力損失小等。

 

    楔形節(jié)流裝置能夠測(cè)量多種流體介質(zhì),即使在粘度高、雷諾數(shù)低的情況下依然保持較高的測(cè)量精度,而對(duì)于一些條件苛刻的流量測(cè)量場(chǎng)合,如低流速、小流量、大管徑的情況下有著巨大的優(yōu)勢(shì)和作用。基于這些節(jié)流特性,國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)方面的研究。

 

    節(jié)流裝置為研究對(duì)象,采用理論分析、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬和實(shí)流實(shí)驗(yàn)標(biāo)定相結(jié)合的方法,探索雷諾數(shù)、流體介質(zhì)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)多孔孔板和楔形節(jié)流裝置性能的影響。特別是對(duì)于流場(chǎng)特性、流出系數(shù)和永久壓力損失的影響,并通過(guò)研究結(jié)果為其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考依據(jù)。

 

    本文主要的研究工作內(nèi)容如下：

 

    (1)根據(jù)差壓式流量計(jì)的基本工作原理,即通過(guò)伯努利方程、連續(xù)性方程和流量方程聯(lián)立得到含有流出系數(shù)的不可壓縮流體的體積流量表達(dá)式,并根據(jù)多孔孔板和楔形節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),轉(zhuǎn)化為這兩種節(jié)流裝置的流出系數(shù)表達(dá)式。為數(shù)值模擬仿真和實(shí)流實(shí)驗(yàn)建立理論依據(jù)。

 

    (2)通過(guò)仿真軟件ANSYS-CFX對(duì)兩種節(jié)流裝置的工作過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬仿真,主要包括三維幾何模型的建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)置、求解計(jì)算等。研究了不同雷諾數(shù)、流體介質(zhì)對(duì)多孔孔板和楔形節(jié)流裝置流出系數(shù)的影響,并分別對(duì)多孔孔板和楔形節(jié)流裝置的流場(chǎng)特性進(jìn)行分析。

 

    (3)根據(jù)數(shù)值模擬仿真結(jié)果系統(tǒng)研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)多孔孔板和楔形節(jié)流裝置性能的影響。主要研究了三種不同結(jié)構(gòu)、等效直徑比、管徑、函數(shù)孔的數(shù)目、中心孔開孔大小、平衡孔的圓周分布、孔板的厚度對(duì)多孔孔板節(jié)流裝置流出系數(shù)和永久壓力損失的影響,在此基礎(chǔ)上根據(jù)研究結(jié)果對(duì)多孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,提出最優(yōu)結(jié)構(gòu),為多孔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考依據(jù)。對(duì)于楔形節(jié)流裝置,主要研究了楔比和管徑對(duì)楔形楔形節(jié)流裝置流出系數(shù)的影響,并通過(guò)速度流線圖,分析其對(duì)楔形節(jié)流裝置流場(chǎng)的影響。

 

    (4)根據(jù)數(shù)值模擬仿真的結(jié)構(gòu)參數(shù),選擇其中的幾組進(jìn)行實(shí)流實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。整理流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù),將實(shí)流節(jié)流裝置實(shí)驗(yàn)標(biāo)定得出的流出系數(shù)與數(shù)值模擬仿真的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,兩者結(jié)果的流出系數(shù)基本吻合,驗(yàn)證了數(shù)值模擬仿真結(jié)果的合理性與精確性。