多孔孔板和楔形節流裝置作為兩種新型的節流差壓式流量測量儀表,與傳統差壓式節流裝置相比,具有顯著的優勢,在流體測量中有著廣泛的應用前景。多孔孔板節流裝置突出的特點是可以平衡調整流場、可以實現雙向測量、流動噪聲小、永久壓力損失小等。

 

    楔形節流裝置能夠測量多種流體介質,即使在粘度高、雷諾數低的情況下依然保持較高的測量精度,而對于一些條件苛刻的流量測量場合,如低流速、小流量、大管徑的情況下有著巨大的優勢和作用。基于這些節流特性,國內外對其進行了相關方面的研究。

 

    節流裝置為研究對象,采用理論分析、計算流體動力學數值模擬和實流實驗標定相結合的方法,探索雷諾數、流體介質和結構參數對多孔孔板和楔形節流裝置性能的影響。特別是對于流場特性、流出系數和永久壓力損失的影響,并通過研究結果為其結構的設計優化提供參考依據。

 

    本文主要的研究工作內容如下：

 

    (1)根據差壓式流量計的基本工作原理,即通過伯努利方程、連續性方程和流量方程聯立得到含有流出系數的不可壓縮流體的體積流量表達式,并根據多孔孔板和楔形節流裝置的結構特點,轉化為這兩種節流裝置的流出系數表達式。為數值模擬仿真和實流實驗建立理論依據。

 

    (2)通過仿真軟件ANSYS-CFX對兩種節流裝置的工作過程進行數值模擬仿真,主要包括三維幾何模型的建立、網格劃分、邊界條件設置、求解計算等。研究了不同雷諾數、流體介質對多孔孔板和楔形節流裝置流出系數的影響,并分別對多孔孔板和楔形節流裝置的流場特性進行分析。

 

    (3)根據數值模擬仿真結果系統研究了結構參數對多孔孔板和楔形節流裝置性能的影響。主要研究了三種不同結構、等效直徑比、管徑、函數孔的數目、中心孔開孔大小、平衡孔的圓周分布、孔板的厚度對多孔孔板節流裝置流出系數和永久壓力損失的影響,在此基礎上根據研究結果對多孔板結構進行分析,提出最優結構,為多孔板結構的設計優化提供參考依據。對于楔形節流裝置,主要研究了楔比和管徑對楔形楔形節流裝置流出系數的影響,并通過速度流線圖,分析其對楔形節流裝置流場的影響。

 

    (4)根據數值模擬仿真的結構參數,選擇其中的幾組進行實流實驗標定。整理流量標定實驗結果數據,將實流節流裝置實驗標定得出的流出系數與數值模擬仿真的結果進行對比分析,兩者結果的流出系數基本吻合,驗證了數值模擬仿真結果的合理性與精確性。