多孔板流量計具有多孔圓盤節流整流器結構,其不但繼承了標準孔板流量計的結構簡單、無運動部件等優點,而且能夠平衡調整流場,明顯減少渦流、降低死區效應、減少流體動能的損失,在流體(尤其是低溫流體)流量測量領域具有廣闊的應用前景。多孔板的開孔面積、節流孔的大小、個數及排列方式等結構參數均會對多孔板流量計的性能產生影響。為了進一步探討多孔板流量計測量低溫流體流量時的特性,設計適合低溫流體的多孔板流量計,本文針對以下幾個方面開展了較為系統的理論、數值模擬和實驗研究工作：

1.流體節流過程的流量及壓損理論分析 基于標準孔板流量計節流測量的原理,根據連續性方程和伯努利方程推導了流量與壓力損失的計算公式,并根據公式分析了影響多孔板流量計性能參數即流出系數與壓力損失系數的因素,可為數值仿真與實驗研究提供理論指導。

2.多孔板性能的數值模擬與分析 通過Fluent仿真軟件,采用數值模擬的方法,經網格獨立性驗證和模型驗證后,結合Realizable k-ε湍流模型與Schnerr-Sauer空化模型,對流體種類和結構參數對多孔板性能的影響進行了數值模擬。根據模擬計算結果,系統研究了液氮、液氧、液氫和水的物性以及多孔板的開孔形式、多孔板厚度、等效直徑比和開孔大小等結構參數對流出系數C、壓力損失系數ξ與雷諾數Re穩定區間的影響情況。在此基礎上,分析了多孔板對低溫流體的適用性,并提出符合圓管中紊流速度分布規律的開孔方式,為多孔板的結構優化設計提供初步的參考意見。

3.基于低溫流體液氮的多孔板特性實驗研究 結合模擬計算結果,對多孔板進行了實驗研究。在DN25的低溫流動實驗平臺上,開展了以液氮為工質的流量測量實驗,旨在驗證數值模擬提出的開孔方式符合圓管中紊流速度分布規律的多孔板性能較優的結論。在此基礎上,進一步利用DN50的低溫流動實驗平臺對孔距與半圓孔對多孔板性能的影響情況進行了研究。分析了不同孔距的多孔板流出系數C與壓力損失系數ξ的變化情況,以及半圓孔的引入對C和ξ的影響,可進一步指導多孔板的結構優化設計。