Abstract: The wake flow characteristic is the key factor to the metrological performance of multi-hole orificeflowmeter. In order to investigate the influence of chamfer on wake flow characteristics and optimize the structure ofmulti-hole orifice,
the wake flow field of multi-hole orifice with front and back chamfers,
throttle ratio 0. 67 andDN100 is calculated by CFD technology,
the influence rule of front and back chamfers on multi-orifice metrologicalperformance is revealed in this paper. The conclusion can be drawn that front chamfer is the key factor to reducethe permanent pressure loss,
but unable to improve the measurement accuracy. Compared to standard orifice withthe same throttle ratio,
the permanent pressure loss of multi-hole orifice with front chamfer within the scope of30° - 60° was reduced by 50% ,
discharge coefficient linearity error decreases as the front chamfer’s angle increa-ses,
eventually closes to linearity error of multi-hole orifice flowmeter with 0° front chamfer. Within the scope of45° - 60°,
back chamfer has a better effect on the flow field adjustment,
thus the scope of range is broadened andthe measurement accuracy is improved. It follows that the metrological performance of the multi-hole orifice with60° front chamfer and 45° - 60° back chamfer is improved obviously.
1、引 言: 传统差压式流量计虽然具有结构简单、价格低廉、实验数据丰富、实现标准化等优点,但是只有在符合标准要求的技术条件下,才能准确地测量流量。在工程实际应用中,很多工况条件无法满足测量要求,例如雷诺数低于标准中的雷诺数范围、测量介质复杂等。在这些情况下,非标准差压式流量计就显示出它的优越性,目前具有代表性非标准差压式流量计主要是锥形流量计和多孔孔板流量计。锥形流量计具有自清洁、自整流、量程范围宽、精度高、压损低、前后直管段短等有优点而被广泛应用,并且国际标准化组织( ISO) 正在制定代号为 ISO 5167-5 的锥形流量计国际标准。2004年,美国马歇尔航空飞行中心发明了多孔孔板流量计,该流量计不但具有锥形流量计的优点,而且结构简单、安全性高,在国际上引起关注,在中国广泛应用。
2006 年,Kelly 等在第 61 届制造业仪表研讨会上首次介绍了 A + Flow Te K 多孔孔板流量计的性能指标,但由于商业机密,该流量计的结构参数、流出系数和可膨胀系数计算公式未公开报道。为了掌握多孔孔板流量计的核心技术,国内科研技术人员开始对该流量计进行研究。于杰[1]、马太义[2]、王慧峰[3]对多孔孔板流量计进行实验研究,研究结果表明该流量计的计量性能远高于标准孔板。赵天怡等人[4-6]对特定节流孔布局方式的多孔孔板的局部阻力系数及影响该系数的关键因素进行研究。文献[7]利用实验方法研究了节流孔分布、孔板厚度、以及扰动对多孔孔板的流出系数 C 的影响。
2010 年至2017年,天津大学对多孔孔板流量计进行了大量的研究工作,主要成果如下: 利用 CFD 数值模拟技术准确预测多孔孔板流量计内部流场[8-9]; 研究结构参数对计量性能的影响,确定了合理的节流孔布局方式[10]; 基于射流的卷吸效应,利用回流通量建立了计量性能与微观流场之间的关系,从而实现对多孔孔板流量计的优化[11]。上述研究成果均是在节流孔无倒角的情况下取得的,计量性能没有达到 A + Flow Te K 的性能指标,但是在研究中发现,倒角对多孔孔板流量计的压力损失和计量精度均有较大影响,国内外尚无关于孔倒角对多孔孔板计量性能影响的文献报道,因此,本文利用CFD 技术揭示前后孔倒角对多孔孔板流量计尾流流动特性的影响规律,从而优化结构、进一步提高计量性能。