孔板阻塞流判断

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1 前言

    接着之前的孔板流量系数计算的案例。对于不可压缩流体经过孔板后，被节流，压力会逐渐减小，当压力减小到小于流体饱和蒸汽压Pv时，使部分液体汽化，此后即使前后压差再增大，流量也不再增加，这就发生了所谓的阻塞流。如图1，经过节流后压力恢复到Pv以上，则是气蚀工况，反之则是闪蒸工况，这两种工况都应该避免，否则设备容易受损。工程上，阻塞流的判断基于图2所示计算方法，其中有的参数比如颈缩处的压力可能无法直接获取。幸运的是，所有的参数都可以通过FLUENT模拟获得，本案例将进行介绍。

图1 阻塞流示意图

图2 阻塞流判断方法

2 计算模拟

    借用之前的孔板流量系数计算案例（可点击文末“阅读原文”回看），将孔板下游直管末端静压设定为大气压，调整上游直管始端总压力，计算得到如下表。注：表中所有压力为绝对压力，单位为MPa，对于颈缩处的压力，可通过计算域中心线的压力变化曲线来获取（将曲线数据写入文件，在文件内找到准确的值），如图3所示。

图3 颈缩处压力获取

    根据阻塞流的定义，流体压力降低至饱和压力而发生汽化是一个重要特征。可通过多相流模型来进行测试，这里选用混合物模型。选择未发生阻塞流和发生阻塞流的边界分别计算，液相的体积分数分别如图4和图5。可以看出，未发生阻塞流时，管道内全部为液体，而发生阻塞流时，液体发生了汽化相变。

图4 未发生阻塞流，不存在汽化相变

图5 发生阻塞流，开始发生了汽化相变