液氢具有能量密度高和清洁环保的特点,在航空航天、能源和化工等领域有着广泛的应用和发展前景。液氢的流量测量在其生产、运输、存储和使用等过程中具有较为普遍的需求。然而由于液氢的密度、粘度、热导率等物性与常温流体存在显著差异,尤其是低沸点特性会使其较易地发生空化效应而产生气相,给液氢流量的准确测量带来了困难和挑战。多孔平衡流量计是在标准孔板流量计的基础上发展出来的一种差压式流量计,不仅继承了标准孔板流量计无运动部件、结构简单可靠的优点,还能平衡流场、减少涡流、降低压力损失,在低温流体的流量测量领域具有较大的应用潜力。
P A Kolodzie和M Van Winkle利用常温空气作为工质研究了等孔径穿孔板的流量系数,并将流量系数与孔径、孔距、板厚等几何参数相关联。于洪仕等人通过水的实验发现,厚度不仅对流出系数和永久压力损失有影响,流量下限值随厚度增大会逐渐升高,且上升速度也随厚度的增大而增高。
Malavasi S等人以水为工质进行实验,发现等效直径比是影响多孔板压损特性的主要因素,由节流孔分布的变化所带来的影响最小。近年来,部分研究人员以低温流体为对象进行了相关研究。Zhao Tianyi等人以液氮为工质,通过实验研究了孔数量、等效直径比和孔分布密度对几种孔板耗散特性的影响,同样发现等效直径比是主导因素。LiuHaifei等人从理论上和数值上研究了湍流中穿孔板的流量系数和压力损失系数,结果表明多孔板对低温流体的雷诺数上限大于常温流体。Jin Tao等人数值模拟了液氢通过不同孔板时的流动,认为中心孔直径较大尤其是孔的分布与圆管内湍流速度分布相匹配的孔板比等孔径的孔板更适合测量液氢的流量。
可以看出目前对于多孔平衡流量计的研究主要集中在结构参数的影响方面。然而多孔平衡流量计的性能除了会受到孔板结构参数的影响外,还会受到诸如流体物性、边界条件和空化现象等因素的影响。为此,本研究采用理论分析、数值模拟和实验测试相结合的方法,旨在探讨液氢多孔平衡流量计在不同工况下的流动与空化特性,为低温多孔平衡流量计的设计和提高其测量精度提供参考。
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