浅析差压式节流装置的数值模拟与实验验证

    多孔孔板和楔形节流装置作为两种新型的节流差压式流量测量仪表,与传统差压式节流装置相比,具有显著的优势,在流体测量中有着广泛的应用前景。多孔孔板节流装置突出的特点是可以平衡调整流场、可以实现双向测量、流动噪声小、永久压力损失小等。

 

    楔形节流装置能够测量多种流体介质,即使在粘度高、雷诺数低的情况下依然保持较高的测量精度,而对于一些条件苛刻的流量测量场合,如低流速、小流量、大管径的情况下有着巨大的优势和作用。基于这些节流特性,国内外对其进行了相关方面的研究。

 

    节流装置为研究对象,采用理论分析、计算流体动力学数值模拟和实流实验标定相结合的方法,探索雷诺数、流体介质和结构参数对多孔孔板和楔形节流装置性能的影响。特别是对于流场特性、流出系数和永久压力损失的影响,并通过研究结果为其结构的设计优化提供参考依据。

 

    本文主要的研究工作内容如下：

 

    (1)根据差压式流量计的基本工作原理,即通过伯努利方程、连续性方程和流量方程联立得到含有流出系数的不可压缩流体的体积流量表达式,并根据多孔孔板和楔形节流装置的结构特点,转化为这两种节流装置的流出系数表达式。为数值模拟仿真和实流实验建立理论依据。

 

    (2)通过仿真软件ANSYS-CFX对两种节流装置的工作过程进行数值模拟仿真,主要包括三维几何模型的建立、网格划分、边界条件设置、求解计算等。研究了不同雷诺数、流体介质对多孔孔板和楔形节流装置流出系数的影响,并分别对多孔孔板和楔形节流装置的流场特性进行分析。

 

    (3)根据数值模拟仿真结果系统研究了结构参数对多孔孔板和楔形节流装置性能的影响。主要研究了三种不同结构、等效直径比、管径、函数孔的数目、中心孔开孔大小、平衡孔的圆周分布、孔板的厚度对多孔孔板节流装置流出系数和永久压力损失的影响,在此基础上根据研究结果对多孔板结构进行分析,提出最优结构,为多孔板结构的设计优化提供参考依据。对于楔形节流装置,主要研究了楔比和管径对楔形楔形节流装置流出系数的影响,并通过速度流线图,分析其对楔形节流装置流场的影响。

 

    (4)根据数值模拟仿真的结构参数,选择其中的几组进行实流实验标定。整理流量标定实验结果数据,将实流节流装置实验标定得出的流出系数与数值模拟仿真的结果进行对比分析,两者结果的流出系数基本吻合,验证了数值模拟仿真结果的合理性与精确性。