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1 前言
之前我们做过一个孔板流量系数计算的案例(点击文末的“阅读原文”查看),其中的介质为液态水。在实际工程应用中,很多气体介质场合也需要用到孔板,这些场合中介质的压降大,流速高,在进行设计计算时通常到要考虑介质的可压缩性。本案基于之前的计算模型,将介质更换为空气,进行可压缩模拟。
2 问题描述
几何模型可查看之前的计算案例(点击文末的“阅读原文”查看),计算介质选择空气,可压缩模拟基本设置如下:密度采用理想气体模型,选用密度基求解器,打开能量方程,操作压力设置为0,本案例湍流模型采用SA单方程模型。边界条件设置如下:入口总压4002000Pa,总温283.5K,出口静压2800000Pa,回流总温283.5K,其余默认设置。
3 计算结果
孔板附近的速度分布如下,最高速度达到了263m/s,我们再看看马赫数分布,可以看到流动将近达到声速。
图1 速度分布
图2 马赫数分布
读取孔板前后的静压分别为3989446Pa和2572758.1Pa,孔板前流动温度283.26K。查HG/T 20570.15-95图表,孔板的流量系数为0.6,另外,空气的分子量取28.96,绝热指数取1.4,临界温度取133K,临界压力取2.77MPa,因此对比压力和对比温度分别为1.06和2.13,查通用压缩系数图(可从GB150查找),此时的压缩系数Z为0.97。按照HG/T 20570.15-95的计算公式(如图3)可求得孔板的流量为6394.078659kg/h,亦即1.776kg/s。FLUENT进出口的流量计算结果(如图4)约为2.11kg/s,相比公式的计算结果误差为18.95%。
图3 气体单板孔板流量计算公式
图4 FLUENT流量计算结果