液氫具有能量密度高和清潔環(huán)保的特點,在航空航天、能源和化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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差異,尤其是低沸點特性會使其較易地發(fā)生空化效應(yīng)而產(chǎn)生氣相,給液氫流量的準確測量帶來了困難和挑戰(zhàn)。多孔平衡流量計是在標準孔板流量計的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種差壓式流量計,不僅繼承了標準孔板流量計無運動部件、結(jié)構(gòu)簡單可靠的優(yōu)點,還能平衡流場、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(yīng)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(shù),并將流量系數(shù)與孔徑、孔距、板厚等幾何參數(shù)相關(guān)聯(lián)。于洪仕等人通過水的實驗發(fā)現(xiàn),厚度不僅對流出系數(shù)和永久壓力損失有影響,流量下限值隨厚度增大會逐漸升高,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)進行實驗,發(fā)現(xiàn)等效直徑比是影響多孔板壓損特性的主要因素,由節(jié)流孔分布的變化所帶來的影響最小。近年來,部分研究人員以低溫流體為對象進行了相關(guān)研究。Zhao Tianyi等人以液氮為工質(zhì),通過實驗研究了孔數(shù)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(xiàn)等效直徑比是主導因素。LiuHaifei等人從理論上和數(shù)值上研究了湍流中穿孔板的流量系數(shù)和壓力損失系數(shù),結(jié)果表明多孔板對低溫流體的雷諾數(shù)上限大于常溫流體。Jin Tao等人數(shù)值模擬了液氫通過不同孔板時的流動,認為中心孔直徑較大尤其是孔的分布與圓管內(nèi)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(jié)構(gòu)參數(shù)的影響方面。然而多孔平衡流量計的性能除了會受到孔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響外,還會受到諸如流體物性、邊界條件和空化現(xiàn)象等因素的影響。為此,本研究采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗測試相結(jié)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與空化特性,為低溫多孔平衡流量計的設(shè)計和提高其測量精度提供參考。