FLUENT孔板气体流动

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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