液氫具有能量密度高和清潔環(huán)保的特點(diǎn),在航空航天、能源和化工等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用和發(fā)展前景。液氫的流量測量在其生產(chǎn)、運輸、存儲和使用等過(guò)程中具有較為普遍的需求。然而由于液氫的密度、粘度、熱導率等物性與常溫流體存在顯著(zhù)差異,尤其是低沸點(diǎn)特性會(huì )使其較易地發(fā)生空化效應而產(chǎn)生氣相,給液氫流量的準確測量帶來(lái)了困難和挑戰。多孔平衡流量計是在標準孔板流量計的基礎上發(fā)展出來(lái)的一種差壓式流量計,不僅繼承了標準孔板流量計無(wú)運動(dòng)部件、結構簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn),還能平衡流場(chǎng)、減少渦流、降低壓力損失,在低溫流體的流量測量領(lǐng)域具有較大的應用潛力。

P A Kolodzie和M Van Winkle利用常溫空氣作為工質(zhì)研究了等孔徑穿孔板的流量系數,并將流量系數與孔徑、孔距、板厚等幾何參數相關(guān)聯(lián)。于洪仕等人通過(guò)水的實(shí)驗發(fā)現,厚度不僅對流出系數和永久壓力損失有影響,流量下限值隨厚度增大會(huì )逐漸升高,且上升速度也隨厚度的增大而增高。

Malavasi S等人以水為工質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗,發(fā)現等效直徑比是影響多孔板壓損特性的主要因素,由節流孔分布的變化所帶來(lái)的影響最小。近年來(lái),部分研究人員以低溫流體為對象進(jìn)行了相關(guān)研究。Zhao Tianyi等人以液氮為工質(zhì),通過(guò)實(shí)驗研究了孔數量、等效直徑比和孔分布密度對幾種孔板耗散特性的影響,同樣發(fā)現等效直徑比是主導因素。LiuHaifei等人從理論上和數值上研究了湍流中穿孔板的流量系數和壓力損失系數,結果表明多孔板對低溫流體的雷諾數上限大于常溫流體。Jin Tao等人數值模擬了液氫通過(guò)不同孔板時(shí)的流動(dòng),認為中心孔直徑較大尤其是孔的分布與圓管內湍流速度分布相匹配的孔板比等孔徑的孔板更適合測量液氫的流量。

可以看出目前對于多孔平衡流量計的研究主要集中在結構參數的影響方面。然而多孔平衡流量計的性能除了會(huì )受到孔板結構參數的影響外,還會(huì )受到諸如流體物性、邊界條件和空化現象等因素的影響。為此,本研究采用理論分析、數值模擬和實(shí)驗測試相結合的方法,旨在探討液氫多孔平衡流量計在不同工況下的流動(dòng)與空化特性,為低溫多孔平衡流量計的設計和提高其測量精度提供參考。