孔板流量計是一種典型的差壓式流量計，它主要通過檢測孔板前后的壓力差來測量管道中的流量。由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，無活動部件，可靠耐用，安裝維護(hù)方便，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中，孔板流量計常用于氣體、液體和水蒸氣的流量測量。然而，由于流體流經(jīng)孔板時的摩擦效應(yīng)和邊界層分離現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計面臨著壓力損失大和測量精度低的問題。此外，由于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計對上游流體狀態(tài)的變化很敏感，它主要適用于充分發(fā)展的流動，通常需要很長的上游直線管道，這也在一定程度上限制了它的使用。為了提高孔板流量計的性能，多孔孔板流量計在工業(yè)中被越來越多的應(yīng)用。
2004年，美國國家航空航天局下屬的馬歇爾航空飛行中心提出一種新型差壓式多孔孔板流量計，并在火箭設(shè)計中獲得了應(yīng)用。這種新型流量計具有對稱的多孔結(jié)構(gòu)，它不但繼承了標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動部件等優(yōu)點(diǎn)，且能夠平衡調(diào)整流場，減少渦流、降低死區(qū)效應(yīng) 以及減少流體動能的損失。
多孔孔板流量計相較于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計有著更加優(yōu)異的性能，其需要更少的上游管道，能耗低，并且能夠提供更加精確的流體流量測量。然而，多孔孔口排列的不確定性和復(fù)雜的幾何特征使其結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化變得極為復(fù)雜，這極大地限制了其的應(yīng)用。為了更好地設(shè)計多孔孔口流量計，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究并取得了一定的成果。Ma 等通過實(shí)驗(yàn)研究了多孔孔板作為一種新型節(jié)流裝置的流量系數(shù)、壓力損失、抗漩渦性能等特點(diǎn)。Zhao 等提出了多孔孔板的分類方案并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M。Malavasi 等測試了孔數(shù)、尺寸、厚度和雷諾數(shù)對多孔孔板壓降的影響。
Huang等對一個特定的多孔孔板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并與標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行了比較。Singh等使用計算流體動力學(xué)模擬研究了多孔孔板的流動狀態(tài)。馬有福等使用數(shù)值方法研究了多孔板的孔數(shù)和厚度對壓力損失系數(shù)的影響。Mehmood等使用中心復(fù)合設(shè)計和計算流體力學(xué)來評估孔數(shù)、直徑比和板厚度對壓力損失系數(shù)的影響。結(jié)果顯示，壓力損失系數(shù)是直徑比的強(qiáng)函數(shù)，流量系數(shù)隨著孔數(shù)的增加而改善。陳虹等采用數(shù)值方法研究了孔板倒角對平衡型低溫流量計工作性能影響，他們發(fā)現(xiàn)適當(dāng)開設(shè)前倒角可以有效提高流量計的工作性能。而開設(shè)后倒角對流量計性能的影響較小。
雖然近年來國內(nèi)外學(xué)者對多孔孔板進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，但多孔孔板流量計目前還沒有一個通用的設(shè)計和使用標(biāo)準(zhǔn)。本研究的主要目的是研究多孔孔板結(jié)構(gòu)參數(shù)對孔板流量計性能的影響。首先，通過與同尺寸規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)流量計對比，分析了多孔流量計的流場特性。然后，對具有相同板厚和直徑比、不同孔數(shù)( N=3，4，5，6)和間隙比( Cr=0.4，0.5，0.6，0.7)的16個多孔孔板進(jìn)行CFD分析。以壓力損失系數(shù)、流量系數(shù)和壓力恢復(fù)長度為主要性能參數(shù)，分析了孔數(shù)和孔分布對多孔孔板流量計性能的影響。研究結(jié)果可為多孔孔板流量計的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供參考。
