摘要:超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)循環發(fa)電技術(shu)采用超(chao)臨界狀(zhuang)🛀态下💃的(de)🐉二氧化(hua)碳代替(ti)傳統水(shui)蒸氣工(gong)質,由于(yu)物性發(fa)生巨大(da)變化,質(zhi)量流量(liang)測量與(yu)計算方(fang)法需重(zhong)新構建(jian)。本文開(kai)📐展了孔(kong)闆流量(liang)計 數值(zhi)模拟研(yan)究,使用(yong)fluent軟件模(mo)拟計算(suan)了孔闆(pan)直徑比(bi)、節☀️流🔱孔(kong)厚度、孔(kong)闆厚度(du)等結構(gou)參數對(dui)流量系(xi)數的影(ying)響,結果(guo)表明現(xian)行🏃🏻‍♂️标準(zhun)對超臨(lin)界二氧(yang)化碳并(bing)不适用(yong)。本文提(ti)出了針(zhen)對超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質的孔(kong)闆流量(liang)計結構(gou)參數推(tui)薦範圍(wei),在該範(fan)圍内絕(jue)大多♈數(shu)計算結(jie)果相對(dui)誤差小(xiao)于2%,并針(zhen)對入🤟口(kou)邊緣鈍(dun)化提出(chu)了新修(xiu)正系數(shu),修正後(hou)計算結(jie)果相對(dui)誤差爲(wei)♍0.11%~1.85%,滿足測(ce)量精度(du)要求。
　　伴(ban)随着經(jing)濟社會(hui)的不斷(duan)發展,我(wo)國發電(dian)機組在(zai)發電效(xiao)率、能源(yuan)結構、環(huan)境效益(yi)等多方(fang)面都面(mian)臨着轉(zhuan)型升級(ji)的✔️嚴峻(jun)挑戰。中(zhong)國在2007年(nian)已經成(cheng)爲全球(qiu)溫室氣(qi)體第一(yi)大排放(fang)國家川(chuan)。習近👄平(ping)總書💔記(ji)在聯合(he)國-般性(xing)辯論會(hui).上承諾(nuo)✔️[2],中國碳(tan)排放量(liang)力争分(fen)别于2030年(nian)和2060年前(qian)實現達(da)峰和中(zhong)和,作爲(wei)一種變(bian)⁉️革性火(huo)力發電(dian)技術超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)循環是(shi)實現能(neng)源結構(gou)轉型進(jin)程中的(de)重要手(shou)段。
　　随着(zhe)“雙碳”目(mu)标的逐(zhu)步落實(shi)，超臨界(jie)二氧化(hua)碳(溫度(du)高于303.98K、壓(ya)力🚩高于(yu)7.38MPa)被廣泛(fan)應用,其(qi)作爲工(gong)質的布(bu)雷頓循(xun)環具有(you)㊙️極高的(de)熱源适(shi)用性,可(ke)應用于(yu)太陽能(neng)、核💋能、餘(yu)熱等多(duo)種✂️場景(jing)。且🚩由于(yu)超臨界(jie)二氧化(hua)碳密度(du)♉大、黏性(xing)小、壓縮(suo)性好、循(xun)環過程(cheng)🌐無相變(bian)，相比于(yu)傳統🚶‍♀️水(shui)工質,超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)循環珂(ke)以實現(xian)更高的(de)循環效(xiao)率,Dostal等[3]指(zhi)出在透(tou)平人口(kou)工質溫(wen)度高于(yu)550℃條件下(xia),超臨界(jie)二氧化(hua)碳循環(huan)發😘電系(xi)統性能(neng)顯著高(gao)于水🌈循(xun)環系統(tong)。此外，配(pei)合間歇(xie)性、随機(ji)性強的(de)✔️可再生(sheng)能源供(gong)電以保(bao)障社會(hui)用電穩(wen)定是未(wei)來火力(li)發電重(zhong)❓要任務(wu),超臨界(jie)二氧化(hua)碳系統(tong)靈活性(xing)高、能實(shi)現完💁全(quan)熱電解(jie)耦📐的特(te)點也使(shi)其更能(neng)滿足未(wei)來火力(li)發💁電的(de)深度調(diao)峰需求(qiu)。
　　系統内(nei)部流動(dong)工質流(liu)量的正(zheng)确測量(liang)是其得(de)以應用(yong)的基礎(chu)✊。當前超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)主要用(yong)于藥物(wu)/化學試(shi)劑萃🔞取(qu)、油🛀🏻田驅(qu)油等溫(wen)度、壓力(li)相對較(jiao)低的場(chang)景,而超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)循環系(xi)統需要(yao)二氧化(hua)碳工質(zhi)達到極(ji)高的溫(wen)度🌈與壓(ya)力,二氧(yang)化碳的(de)密度、比(bi)熱、黏度(du)等物性(xing)參數發(fa)生了顯(xian)著變化(hua),對于該(gai)條件下(xia)二氧化(hua)碳流✔️量(liang)👨‍❤️‍👨測量,傳(chuan)統流量(liang)測量方(fang)法将不(bu)✏️再适用(yong)。孔闆流(liu)量計是(shi)--種技術(shu)成熟且(qie)适合于(yu)高溫高(gao)壓流體(ti)流量測(ce):量的方(fang)法,經過(guo)多年發(fa)展🌈孔闆(pan)流量計(ji)已形成(cheng)标🧑🏾‍🤝‍🧑🏼準化(hua)形式,主(zhu)要包括(kuo)兩部分(fen),分别是(shi)具有直(zhi)角邊緣(yuan)的-段節(jie)流孔,以(yi)及在節(jie)流孔後(hou)具有一(yi)斜👈角的(de)錐形擴(kuo)流段,其(qi)結構如(ru)圖1所示(shi)。然而有(you)關測量(liang)⛹🏻‍♀️超臨界(jie)二氧化(hua)碳循環(huan)中工質(zhi)流量的(de)孔闆流(liu)量計設(she)計方案(an),國内外(wai)并無經(jing)驗借鑒(jian)。因此需(xu)要針對(dui)超臨界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)的全新(xin)特性,探(tan)究孔闆(pan)結構參(can)🔞數的變(bian)化對于(yu)流量系(xi)數的影(ying)響,同時(shi)驗證現(xian)有标準(zhun)中的相(xiang)關規定(ding)對于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)🏃🏻工質是(shi)否适用(yong)。.
　　我國學(xue)者采用(yong)數值模(mo)拟爲主(zhu),實驗驗(yan)證爲輔(fu)的研🏃‍♀️究(jiu)方㊙️式,以(yi)🌈水或天(tian)然氣爲(wei)研究對(dui)象,開展(zhan)了管徑(jing)、孔🌈徑厚(hou)度等結(jie)構參數(shu)對孔闆(pan)流量計(ji)的影響(xiang)研究。孔(kong)闆直徑(jing)比、厚度(du)等參數(shu)會顯著(zhe)影響孔(kong)闆的節(jie)流特性(xing),從而影(ying)響流量(liang)計的計(ji)量性能(neng)。當直徑(jing)📐比小于(yu)0.3時,流量(liang)系數随(sui)直徑比(bi)增加而(er)快速下(xia)降,當直(zhi)徑比大(da)于0.3時，流(liu)量系數(shu)逐漸遞(di)增,但增(zeng)速較緩(huan);直徑比(bi)在0.2~0.8範圍(wei)内時，流(liu)✨量系數(shu)🙇🏻随β增大(da)呈先減(jian)小後增(zeng)大的趨(qu)勢,并🔱以(yi)0.55爲分界(jie)點,其中(zhong)β在0.45~0.65之間(jian)時可控(kong)制💯誤差(cha)在3%以内(nei)。與直徑(jing)比不同(tong),流量系(xi)數随孔(kong)闆厚度(du)的變化(hua)特性🔅較(jiao)--緻。厚度(du)e增加，流(liu)出系數(shu)直線上(shang)升;林棋(qi)等人[4-5]也(ye)認📐爲流(liu)出系數(shu)随縮徑(jing)孔厚度(du)增大而(er)增大;在(zai)模型中(zhong)考慮了(le)引壓管(guan)的存在(zai),結果顯(xian)示🙇🏻,e變化(hua)0.15mm時，流出(chu)系數變(bian)化1.56%;e變化(hua)🈲1mm時，流出(chu)系數變(bian)化2.125%。
 
　　近年(nian)來的理(li)論知識(shi)、不斷優(you)化的算(suan)法以及(ji)不斷更(geng)新🐆擴充(chong)的實驗(yan)數據庫(ku)等都保(bao)證了數(shu)值模拟(ni)研究的(de)正⭕确率(lü)與精度(du),因而逐(zhu)😄漸成爲(wei)主流研(yan)究方法(fa)之一。孔(kong)闆流量(liang)計☎️管道(dao)内🍉部介(jie)質流動(dong)複✌️雜,參(can)數變化(hua)劇烈,采(cai)用數值(zhi)模拟方(fang)法可以(yi)🐅有效捕(bu)捉到管(guan)道内⭐部(bu)的細微(wei)變化,因(yin)此是孔(kong)闆流量(liang)計研究(jiu)的有力(li)工具。部(bu)分學者(zhe)利用數(shu)值模拟(ni)對📱孔闆(pan)流量計(ji)結構進(jin)行了優(you)化設計(ji)。利用Fluent模(mo)拟🤞了一(yi)種半雙(shuang)曲線型(xing)的新式(shi)孔闆流(liu)量計,并(bing)同🤞時利(li)用牛頓(dun)流體和(he)非牛頓(dun)流☂️體進(jin)行驗證(zheng)，發現這(zhe)種流量(liang)計可使(shi)内部介(jie)質近似(si)🈲無剪切(qie)流動,大(da)大消除(chu)了渦流(liu)和停滞(zhi)區等流(liu)動結🏒構(gou);研究發(fa)現🙇‍♀️在孔(kong)闆流量(liang)計下遊(you)插入-個(ge)環可以(yi)有效減(jian)少壓力(li)損失,并(bing)利用數(shu)值模拟(ni)和遺傳(chuan)算法優(you)化結構(gou),可減少(shao)33.5%的壓力(li)損失,極(ji)大的降(jiang)低了能(neng)耗和成(cheng)本。
　　因此(ci),本文進(jin)行了孔(kong)闆流量(liang)計結構(gou)參數對(dui)于流量(liang)系數影(ying)🐆響的✏️模(mo)拟研究(jiu),包括直(zhi)徑比、節(jie)流孔厚(hou)度、孔闆(pan)厚度等(deng)結構參(can)數,明确(que)了在超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質典(dian)型工況(kuang)下💞不同(tong)結📱構參(can)數對流(liu)量系數(shu)的影響(xiang),同時将(jiang)通過現(xian)行孔🙇🏻闆(pan)流量計(ji)國際标(biao)準🌂文件(jian)中經驗(yan)公式計(ji)算♻️得到(dao)的結果(guo)與數值(zhi)模拟結(jie)果進行(hang)比較,提(ti)出了針(zhen)♈對🛀🏻超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質的孔(kong)闆流量(liang)計結構(gou)參數推(tui)薦範圍(wei)與推薦(jian)設計🧑🏾‍🤝‍🧑🏼值(zhi),提升了(le)其測量(liang)🐪精度。除(chu)此之外(wai)，還探究(jiu)了孔闆(pan)人口直(zhi)角邊緣(yuan)鈍化對(dui)孔闆🙇🏻流(liu)量計測(ce)量精度(du)的影響(xiang),并據此(ci)提出了(le)新的針(zhen)對現行(hang)孔闆流(liu)量計國(guo)際标準(zhun)文件中(zhong)經驗公(gong)式計算(suan)得到的(de)流量系(xi)數的修(xiu)正系數(shu)。
1.計算模(mo)型與模(mo)拟方法(fa)
1.1模型建(jian)立與網(wang)格劃分(fen)
　　根據标(biao)準文件(jian)[1]規定的(de)孔闆流(liu)量計結(jie)構設計(ji)與參數(shu)😘要求，本(ben)文💞分别(bie)建立了(le)DN25和DN200兩種(zhong)管徑的(de)孔闆流(liu)量計,結(jie)構參數(shu)如表1所(suo)☁️示,在後(hou)文進行(hang)相關研(yan)究時均(jun)☂️以該表(biao)中的結(jie)構參數(shu)🐕爲基礎(chu)參數,依(yi)據該參(can)數使👨‍❤️‍👨用(yong)SolidWorks軟件建(jian)立了孔(kong)闆流量(liang)計及其(qi)前後一(yi)定長度(du)管道的(de)幾何模(mo)型,如圖(tu)2所示。
 
 
　　本(ben)文采用(yong)非結構(gou)化網格(ge)進行模(mo)拟計算(suan),利用AnsysMeshing軟(ruan)件将✊孔(kong)⭕闆流量(liang)👄計管道(dao)劃分爲(wei)四面體(ti)網格和(he)六面體(ti)網格相(xiang)結♉合的(de)混合形(xing)式。除此(ci)之外,爲(wei)了準确(que)捕捉到(dao)流場内(nei)的細微(wei)變化,在(zai)介質🌂與(yu)管道内(nei)壁接觸(chu)處進行(hang)邊界層(ceng)的網格(ge)劃分，采(cai)用平滑(hua)過渡法(fa),第一層(ceng)高度根(gen)據面網(wang)格和過(guo)渡比進(jin)行确定(ding),最大層(ceng)數爲5層(ceng)，增長率(lü)爲💔1.2,這時(shi)邊界層(ceng)總厚⭐度(du)是變化(hua)的,對于(yu)複雜流(liu)動更🌈有(you)效，結💜果(guo)如圖💚3所(suo)示。
 
　　爲提(ti)高節流(liu)孔闆内(nei)部及其(qi)到前後(hou)取壓截(jie)面處的(de)模拟精(jing)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度,利用(yong)影響球(qiu)對孔闆(pan)前後長(zhang)度爲D的(de)流場範(fan)圍☀️内進(jin)行了局(ju)部網格(ge)加密,網(wang)格數量(liang)過少會(hui)導緻計(ji)算精度(du)不🌍足,而(er)過多的(de)網格數(shu)量則會(hui)無謂地(di)加大計(ji)算💁工作(zuo)量,降🐆低(di)計算速(su)度。本文(wen)對DN25和DN200兩(liang)種管徑(jing)不同的(de)管🔱道進(jin)行網格(ge)數量與(yu)計算🈚結(jie)果無關(guan)性❤️的驗(yan)證，綜合(he)計算精(jing)度與計(ji)算速度(du)考慮,對(dui)于DN25管道(dao),選取網(wang)格🌈數分(fen)别爲956036和(he)1190483時,在各(ge)點測出(chu)的壓力(li)相差均(jun)小于0.01%，因(yin)此選擇(ze)劃💛分網(wang)格數爲(wei)956036;對于DN200管(guan)道,選取(qu)網格數(shu)分别🔞爲(wei)2308874與4328293時,在(zai)各點測(ce)出的壓(ya)力相差(cha)均小于(yu)0.01%，因此選(xuan)擇劃分(fen)網格數(shu)爲2308874。
1.2模拟(ni)程序參(can)數設置(zhi)
1.2.1物性參(can)數設置(zhi)
　　Refprop軟件由(you)NIST開發，該(gai)軟件含(han)有豐富(fu)的數據(ju)庫以及(ji)适用于(yu)超臨界(jie)✌️CO,的多個(ge)狀态方(fang)程。本文(wen)通過在(zai)Fluent軟件中(zhong)激活NISTRealGas模(mo)型[川進(jin)行調用(yong),計算✔️超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)流體的(de)物性參(can)🐅數。其中(zhong)物性參(can)😘數采用(yong)FEK狀态方(fang)程模型(xing)計算，黏(nian)度采用(yong)VS1模型,導(dao)熱♋系數(shu)采用TC1模(mo)型,各模(mo)型的相(xiang)關參數(shu)如表2所(suo)☀️示。
 
1.2.2邊界(jie)條件設(she)置
　　本文(wen)針對超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)鍋爐人(ren)口處的(de)循環工(gong)質📧進行(hang)流量👨‍❤️‍👨系(xi)數測量(liang)的數值(zhi)模拟研(yan)究,設置(zhi)了質🈲量(liang)流☎️量人(ren)口與🆚壓(ya)力出口(kou),溫度、壓(ya)力等參(can)數的選(xuan)取爲超(chao)臨🔴界二(er)氧💋化碳(tan)鍋爐入(ru)口處工(gong)質典型(xing)參數,即(ji)750K、21MPa。由于循(xun)環🛀系統(tong)運行于(yu)高壓環(huan)🔆境，管道(dao)的壓力(li)損失相(xiang)較而言(yan)很小，因(yin)此可認(ren)🚶‍♀️爲管道(dao)壓力🌂爲(wei)恒定.值(zhi),壓力出(chu)口參數(shu)設置與(yu)人口相(xiang)同,其餘(yu)參數保(bao)持默認(ren)不變;由(you)于超臨(lin)界二氧(yang)化碳鍋(guo)爐人口(kou)處管道(dao)一般采(cai)取嚴格(ge)保溫措(cuo)施,因此(ci)可忽略(lue)壁面♍與(yu)工質間(jian)的換熱(re),設置🐉爲(wei)絕熱邊(bian)界。
1.2.3數值(zhi)模型設(she)置
　　本文(wen)主要模(mo)拟超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質流經(jing)孔闆流(liu)量計的(de)流🔴動過(guo)程,基本(ben)方程包(bao)含質量(liang)、動量和(he)能量輸(shu)運方程(cheng),由雷諾(nuo)數的定(ding)義公式(shi)
 
　　計算可(ke)知本文(wen)針對的(de)超臨界(jie)二氧化(hua)碳工況(kuang)下雷諾(nuo)數🔆均遠(yuan)大⭐于4000,因(yin)此管道(dao)内的流(liu)動均處(chu)于湍流(liu)狀态,在(zai)進行⁉️數(shu)值模拟(ni)時需進(jin)行湍流(liu)模型的(de)設置,本(ben)文選擇(ze)SSTh-ɷ湍流模(mo)型。
1.2.4求解(jie)參數設(she)置
　　FLUENT中的(de)亞松弛(chi)因子主(zhu)要控制(zhi)計算過(guo)程中每(mei)次叠代(dai)的🚶變💋化(hua)量,可🔴以(yi)通過減(jian)少兩層(ceng)次之間(jian)計算.結(jie)果的差(cha)值從而(er)促進收(shou)斂。本文(wen)設置的(de)亞松弛(chi)因子如(ru)表3所示(shi)。
 
1.3模型的(de)驗證
　　基(ji)于上述(shu)設置，本(ben)文針對(dui)溫度爲(wei)535.1~642.5K、壓力爲(wei)19MPa、質量流(liu)量㊙️爲✨1.28kg/s的(de)實驗工(gong)況進行(hang)了模拟(ni)研究,模(mo)拟的孔(kong)闆結構(gou)🤟參數、溫(wen)度、壓力(li)、流量等(deng)參數以(yi)及數據(ju)處理方(fang)法均♌與(yu)實驗保(bao)持--緻,得(de)到了💯超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質的(de)流量系(xi)數。将模(mo)拟計算(suan)得到的(de)流量系(xi)數與實(shi)流測量(liang)♋結果進(jin)行對比(bi),結果如(ru)圖🆚4所示(shi)。,通過數(shu)值模拟(ni)得到🥵的(de)流量系(xi)數與實(shi)驗數據(ju)總體趨(qu)勢相似(si),在數⁉️值(zhi)上均高(gao)于實驗(yan)數據,但(dan)相對于(yu)實驗數(shu)⛱️據的偏(pian)差較小(xiao),偏差爲(wei)1.62%~2.69%。
 
　　造成偏(pian)差的原(yuan)因可能(neng)有多種(zhong),如實驗(yan)選用測(ce)量儀表(biao)具🔆有㊙️一(yi)定的不(bu)确定度(du)、模拟參(can)數的設(she)置無法(fa)與🙇🏻真實(shi)情況完(wan)全對應(ying)、收斂👈判(pan)據設置(zhi)不嚴格(ge)等等。爲(wei)了降低(di)模拟結(jie)果與實(shi)驗數據(ju)的偏差(cha),本文分(fen)别按各(ge)模拟結(jie)果相對(dui)同工況(kuang)下實驗(yan)數據的(de)✌️偏差平(ping)均🔴值進(jin)行修正(zheng)🙇‍♀️。模拟得(de)到流🌈量(liang)系數相(xiang)對實驗(yan)數據平(ping)💁均增大(da)0.013,因此對(dui)☁️模拟結(jie)果減去(qu)該修正(zheng)值,修正(zheng)後相🌏對(dui)偏差爲(wei)0.016%~0.674%。
上述結(jie)果說明(ming)數值模(mo)拟方法(fa)與實驗(yan)結果的(de)一緻性(xing)較💋好,因(yin)此⛹🏻‍♀️本文(wen)建立的(de)數值模(mo)拟方法(fa)可用于(yu)後續進(jin)☎️一步的(de)研究。
2孔(kong)闆結構(gou)參數對(dui)流量系(xi)數影響(xiang)
2.1直徑比(bi)的影響(xiang)
　　直徑比(bi)會顯著(zhe)影響孔(kong)闆對于(yu)介質流(liu)過的節(jie)流效㊙️果(guo),改💋變介(jie)質流過(guo)的速度(du)、壓力等(deng)參數,是(shi)影響孔(kong)闆流量(liang)計測量(liang)性能的(de)首要因(yin)素。ISO國際(ji)标準中(zhong)規定,孔(kong)闆流量(liang)計的直(zhi)徑比一(yi)般在0.1~0.75内(nei)⭐變化,本(ben)文分别(bie)選取直(zhi)徑比在(zai)0.3~0.9之内的(de)7個🙇‍♀️工況(kuang)進行了(le)模拟計(ji)算,探究(jiu)孔闆流(liu)量計直(zhi)徑比對(dui)流量系(xi)數的影(ying)響，得到(dao)的結果(guo)👣如圖5所(suo)示。
對數(shu)據進行(hang)分析可(ke)知:
(1)孔闆(pan)流量系(xi)數随直(zhi)徑比的(de)變化趨(qu)勢與管(guan)徑無關(guan)。随着孔(kong)闆直徑(jing)比增大(da),DN25和DN200管道(dao)内孔闆(pan)流量系(xi)數呈現(xian)近似相(xiang)同變化(hua)趨勢;上(shang)升-平穩(wen)-.上升,主(zhu)要區别(bie)在于前(qian)者在β爲(wei)0.4~0.8範圍内(nei)較🤞平穩(wen)、而後者(zhe)在0.5~0.8範圍(wei)内較平(ping)👅穩;
(2)标準(zhun)文件[10]中(zhong)經驗計(ji)算公式(shi)的結果(guo)随直徑(jing)比增加(jia)而逐漸(jian)下降✨,其(qi)中直徑(jing)比在0.3~0.6範(fan)圍内時(shi)下降趨(qu)勢較平(ping)緩,當超(chao)過0.6時🧑🏾‍🤝‍🧑🏼下(xia)降值逐(zhu)漸增大(da);
(3)孔闆流(liu)量系數(shu)在β爲0.3~0.6時(shi)小于經(jing)驗公式(shi)計算值(zhi),此範圍(wei)🔆内使用(yong)經驗計(ji)算公式(shi)會使測(ce)量結果(guo)較真實(shi)值大2.45%~47.03%;β在(zai)0.7~0.9時孔闆(pan)流量系(xi)數大于(yu)經驗公(gong)式計算(suan)值，此時(shi)使用經(jing)驗計算(suan)公式會(hui)使測量(liang)值比實(shi)🍉際值小(xiao)0.5%~60.19%;
(4)當直徑(jing)比在标(biao)準文件(jian)[10]規定的(de)0.1~0.75範圍内(nei)時,孔闆(pan)流量系(xi)數的模(mo)拟結果(guo)與經驗(yan)公式計(ji)算結果(guo)的相對(dui)誤差波(bo)動較大(da),如🔞對DN25管(guan)道而🏒言(yan),β爲0.3時相(xiang)對偏差(cha)達到47.03%,而(er)β爲0.7時相(xiang)對偏差(cha)僅爲0.5%。因(yin)此對于(yu)超臨界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)而言，孔(kong)💃闆直徑(jing)比📞的選(xuan)擇範💋圍(wei)應較标(biao)準規定(ding)範圍縮(suo)小;對于(yu)🚶超臨界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)而言,直(zhi)徑比在(zai)❌0.6~0.7範圍内(nei)時孔闆(pan)流量系(xi)數的模(mo)拟結果(guo)與經驗(yan)公式計(ji)算結果(guo)的相對(dui)誤差較(jiao)小，其中(zhong)DN25管道相(xiang)對誤差(cha)爲0.5%~2.45%,DN200管道(dao)相對誤(wu)差爲2.27%~3.6%。
 
2.2節(jie)流孔厚(hou)度的影(ying)響
　　孔闆(pan)節流孔(kong)厚度決(jue)定了超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質流(liu)過收縮(suo)管♍道的(de)長度,是(shi)影響孔(kong)闆節流(liu)能力的(de)主要參(can)數之一(yi)，會對工(gong)質流過(guo)孔闆的(de)流速、壓(ya)力等參(can)數産生(sheng)影響,進(jin)而影響(xiang)測量結(jie)果。标準(zhun)文件[10]規(gui)定标準(zhun)♍孔闆節(jie)流孔厚(hou)度應在(zai)0.005D~0.02D之間,對(dui)應DN25管道(dao)的e應在(zai)0.115~0.46mm,DN200管道✉️的(de)e應在0.695~2.78,本(ben)文分别(bie)模拟了(le)DN25管道e爲(wei)0.1~0.7mm、DN200管道e爲(wei)0.2~4.2mm時超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質🌈流過(guo)節流孔(kong)闆的流(liu)量系數(shu)變化,爲(wei)便于對(dui)比,以e/D爲(wei)橫坐标(biao)将結果(guo)表示在(zai)圖6中。
 
對(dui)數據進(jin)行分析(xi)可知:
(1)孔(kong)闆流量(liang)系數随(sui)e/D的變化(hua)趨勢與(yu)管徑無(wu)關。随着(zhe)e/D逐漸增(zeng)加💜,DN25和💔DN200管(guan)道内孔(kong)闆的流(liu)量系數(shu)均呈現(xian)先減小(xiao)後增大(da)的趨勢(shi)，分别在(zai)e/D爲0.017和0.023時(shi)達到最(zui)小值，此(ci)後流量(liang)系數先(xian)急劇增(zeng)大,随後(hou)保持平(ping)緩增⛹🏻‍♀️長(zhang);
(2)标準文(wen)件[I0]中經(jing)驗計算(suan)公式的(de)結果不(bu)随節流(liu)孔厚度(du)🌈而💚發生(sheng)改變,其(qi)中DN25管道(dao)的經驗(yan)公式計(ji)算結果(guo)略大-一(yi)些,模拟(ni)得到的(de)DN25和DN200管道(dao)的流量(liang)系數均(jun)小于經(jing)🌈驗公式(shi)計算結(jie)果,其中(zhong)前者的(de)🔱相對誤(wu)差爲0.18%~1.84%,後(hou)者的相(xiang)對誤差(cha)🥵爲0.31%~2.05%;
(3)在标(biao)準文件(jian)[10]規定孔(kong)闆節流(liu)孔厚度(du)範圍内(nei),孔闆流(liu)量⭐系數(shu)模🔱拟結(jie)果與經(jing)驗公式(shi)的相對(dui)誤差均(jun)在2%以下(xia),因👈此标(biao)準中規(gui)定的孔(kong)😘闆節流(liu)孔厚度(du)範圍可(ke)以接受(shou);同☁️時還(hai)發現當(dang)節🏃‍♀️流孔(kong)厚度超(chao)過規定(ding)範圍一(yi)定值後(hou),相🥵對誤(wu)差仍⭕可(ke)接受,甚(shen)至相對(dui)誤差還(hai)可能減(jian)少，如DN25管(guan)道的e爲(wei)0.6mm、0.7mm時,均超(chao)出了規(gui)定上限(xian)0.46mm,但相對(dui)誤差分(fen)别達到(dao)了0.3%和0.18%，因(yin)此标準(zhun)中規定(ding)的節流(liu)孔厚度(du)範圍在(zai)針🍓對超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質時(shi)可以适(shi)當擴大(da),推薦DN25管(guan)道孔闆(pan)節⛹🏻‍♀️流孔(kong)厚度可(ke)在0.004D~0.03D内變(bian)化，DN200管道(dao)在0.005D~0.03D範圍(wei)内;
(4)基于(yu)模拟結(jie)果給出(chu)相對誤(wu)差更小(xiao)時對應(ying)孔闆節(jie)流🐇孔厚(hou)度的推(tui)薦值,其(qi)中DN25管道(dao)孔闆在(zai)e/D爲0.004~0.008及0.02~0.03之(zhi)間,即e爲(wei)0.1~0.2mm.0.5~0.7mm時，相對(dui)誤差小(xiao)于1.5%;DN200管道(dao)孔闆在(zai)e/D爲0.005~0.012及0.027~0.03時(shi),對應e爲(wei)0.7~1.7mm及3.7~4.2mm時，相(xiang)對誤差(cha)小于等(deng)于1.5%。
2.3孔闆(pan)厚度的(de)影響
　　由(you)圖1可知(zhi)，标準孔(kong)闆在節(jie)流孔之(zhi)後還設(she)置一定(ding)長度的(de)🎯錐形擴(kuo)流段,與(yu)節流孔(kong)段共同(tong)組成孔(kong)闆的節(jie)流段,該(gai)擴流段(duan)長度也(ye)會對孔(kong)闆的節(jie)流能力(li)産生影(ying)響,從而(er)改變工(gong)質流過(guo)孔闆⭐後(hou)的速度(du)、壓力等(deng)參數,對(dui)測量精(jing)度産生(sheng)影響。标(biao)準文件(jian)[10]規定孔(kong)闆厚度(du)🔴E應在e~0.05D之(zhi)間,對👄應(ying)DN25管道的(de)E應不大(da)于1.15mm,DN200管道(dao)😘的E不超(chao)過6.95mm。
　　本文(wen)在保持(chi)節流孔(kong)厚度不(bu)變的情(qing)況下，分(fen)别設置(zhi)🐕了不同(tong)的🎯孔闆(pan)厚度用(yong)以探究(jiu)流量系(xi)數的變(bian)化,其中(zhong)DN25管道孔(kong)闆厚度(du)E爲0.5~1.4mm,DN200管道(dao)孔闆厚(hou)度E爲3~8mm,模(mo)拟結果(guo)如🌈圖7所(suo)示。
 
對數(shu)據進行(hang)分析可(ke)知:
(1)孔闆(pan)流量系(xi)數随E/D的(de)變化趨(qu)勢與管(guan)徑無關(guan)。随着E/D逐(zhu)漸增🌏加(jia),DN25管道🔴和(he)DN200管道内(nei)孔闆流(liu)量系數(shu)呈現近(jin)似相同(tong)的變化(hua)趨勢:即(ji)下降上(shang)升-平穩(wen)-下降,主(zhu)要區别(bie)在于DN200管(guan)道👣内孔(kong)闆流量(liang)系🌍數下(xia)降🐕和上(shang)升的趨(qu)勢更加(jia)明顯;
(2)流(liu)量系數(shu)經驗計(ji)算公式(shi)的結果(guo)不随孔(kong)闆厚.度(du)而💰發生(sheng)變化☔，其(qi)中DN25管道(dao)的經驗(yan)公式計(ji)算結果(guo)偏大--些(xie),DN25和DN200管道(dao)的流量(liang)系數🚶均(jun)小于經(jing)驗公式(shi)計算值(zhi),因此💘當(dang)使用經(jing)驗公式(shi)進行工(gong)質流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量(liang)計算時(shi)會造成(cheng)計算結(jie)果偏大(da);
(3)在标準(zhun)文件[10]規(gui)定孔闆(pan)厚度範(fan)圍内,DN25和(he)DN200管道内(nei)孔闆流(liu)量系數(shu)與經驗(yan)計算公(gong)式的相(xiang)對誤差(cha)均在2%以(yi)下🏃🏻‍♂️，因此(ci)标準中(zhong)的規定(ding)範圍可(ke)以接受(shou),但該規(gui)定範圍(wei)對于超(chao)臨界二(er)🚩氧化碳(tan)工質可(ke)👣适當擴(kuo)充,如模(mo)拟結果(guo)所示，當(dang)⁉️DN25和DN200兩種(zhong)管徑的(de)孔闆厚(hou)度E達到(dao)☀️0.06D左右時(shi)，雖🌍然已(yi)經超出(chu)了規定(ding)的0.05D這㊙️一(yi)限值,但(dan)相🆚對誤(wu)差仍小(xiao)🔅于2%，處于(yu)可接受(shou)的範圍(wei),但依據(ju)變化趨(qu)勢可以(yi)合理預(yu)測，當孔(kong)闆厚度(du)繼續增(zeng)加時，相(xiang)對誤差(cha)将大于(yu)2%，因❄️此🌈建(jian)議對于(yu)超臨界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)而言,孔(kong)闆.厚度(du)可設置(zhi)在0.02D~0.06D之間(jian)。
2.4孔闆流(liu)量計結(jie)構參數(shu)設計建(jian)議
　　通過(guo)對孔闆(pan)流量計(ji)各結構(gou)參數的(de)模拟研(yan)究,明确(que)了在進(jin)🛀🏻行超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質質量(liang)流量測(ce)量時,孔(kong)闆流量(liang)🐪系數随(sui)各結構(gou)參數的(de)變化趨(qu)勢與相(xiang)對誤差(cha),本節主(zhu)要對以(yi)上模拟(ni)結果進(jin)行總結(jie)分析,參(can)考《用能(neng)單🏃位能(neng)源計量(liang)器具配(pei)備和管(guan)理通則(ze)》中的🏒精(jing)度規定(ding)，，給出了(le)針對超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質的(de)孔㊙️闆流(liu)量計結(jie)✏️構參數(shu)推薦設(she)計範圍(wei),在該範(fan)圍内經(jing)驗計算(suan)公式的(de)計算結(jie)果可滿(man)足2.5精👣度(du)等級要(yao)求,還💰進(jin)一步提(ti)出了該(gai)範圍内(nei)精度相(xiang)對更高(gao)的結構(gou)參數推(tui)薦值，将(jiang)以上結(jie)果♈與現(xian)行國際(ji)标準ISO5167-2:2003中(zhong)标🔆準孔(kong)闆流量(liang)計各結(jie)構參數(shu)的規定(ding)範圍進(jin)行對比(bi),如表4所(suo)示。
 
　　可以(yi)看出,對(dui)于超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質而言(yan),标準文(wen)⛹🏻‍♀️件[10]規定(ding)的孔🏒闆(pan)流量計(ji)各結構(gou)參數的(de)設計範(fan)圍并不(bu)完全适(shi)用,其中(zhong)直徑比(bi)的規定(ding)範圍過(guo)大,對應(ying)的流量(liang)系數的(de)相對誤(wu)差也波(bo)動較大(da),從0.5%到47.03%不(bu)等,而當(dang)直徑比(bi)在0.6~0.7範圍(wei)内時,可(ke)将相對(dui)誤差有(you)效降低(di)至0.5%~3.6%;在☔标(biao)準文件(jian)[10]規定的(de)節流孔(kong)厚度、孔(kong)闆厚度(du)等參數(shu)範🔞圍内(nei),絕大多(duo)數💁流量(liang)系數的(de)相對誤(wu)差可控(kong)制☀️在2%以(yi)下，因此(ci)其規定(ding)範圍可(ke)以繼續(xu)使用,同(tong)時本文(wen)的數值(zhi)模拟結(jie)果顯示(shi)，當🔞孔闆(pan)的以，上(shang)幾個結(jie)構參數(shu)的數值(zhi)超.出其(qi)規定範(fan)圍時,最(zui)大🎯相對(dui)誤差也(ye)僅爲2%左(zuo)💃右，因此(ci)對于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質而(er)言，孔闆(pan)的節流(liu)孔厚度(du)、孔闆厚(hou)度等參(can)數均可(ke)一定程(cheng)度上超(chao)出标準(zhun)中的規(gui)定範圍(wei)，相對誤(wu)差也可(ke)接受。
3入(ru)口直角(jiao)邊緣尖(jian)銳度及(ji)其修正(zheng)系數的(de)模拟研(yan)究
　　一般(ban)而言,孔(kong)闆人口(kou)邊緣應(ying)該是尖(jian)銳的,其(qi)與超臨(lin)界二氧(yang)化😘碳工(gong)質首先(xian)直接接(jie)觸,如果(guo)其尖銳(rui)度不夠(gou)的話則(ze)🆚無法保(bao)證對于(yu)工質的(de)節流作(zuo)用達到(dao)預期,因(yin)而會對(dui)測量精(jing)度産生(sheng)影♊響。在(zai)孔闆實(shi)際工作(zuo)過程:中(zhong),可能存(cun)在加工(gong)精度不(bu)足、工質(zhi)磨損、腐(fu)蝕等👉問(wen)題的存(cun)在,造成(cheng)直角邊(bian)緣變鈍(dun),故标準(zhun)文件[10]規(gui)定,孔闆(pan)人口邊(bian)🈚緣🥰的圓(yuan)弧半徑(jing)應🔆小于(yu)等于0.0004D,在(zai)此限值(zhi)之内的(de)誤差是(shi)可以接(jie)受的,若(ruo)超過這(zhe)一-限值(zhi),則無法(fa)保證測(ce)量精度(du),應進行(hang)相應的(de)維修、更(geng)換或修(xiu)正等。本(ben)文模拟(ni)了孔闆(pan)人✉️口邊(bian)緣圓弧(hu)半徑爲(wei)0~0.015D時孔闆(pan)的流量(liang)系數變(bian)化趨勢(shi),結果如(ru)圖8所示(shi)。
 
分析結(jie)果可以(yi)得出:
(1)孔(kong)闆人口(kou)邊緣尖(jian)銳度對(dui)于孔闆(pan)流量系(xi)數的影(ying)響趨勢(shi)與🤩管徑(jing)無關。随(sui)着孔闆(pan)人口邊(bian)緣逐漸(jian)變鈍,DN25和(he)DN200兩種‼️管(guan)道的孔(kong)闆流量(liang)系數呈(cheng)現近似(si)相同的(de)變化趨(qu)勢，均🔆随(sui)着人口(kou)圓弧半(ban)徑的增(zeng)大而先(xian)增大後(hou)減小,分(fen)别在r達(da)到0.01D和0.008D時(shi)流量系(xi)數達到(dao)最大;
(2)孔(kong)闆人口(kou)邊緣開(kai)始鈍化(hua)時,流量(liang)系數顯(xian)著增加(jia),遠大✉️于(yu)經驗💋計(ji)算公式(shi)結果,因(yin)此造成(cheng)使用經(jing)驗計算(suan)公式時(shi)得到的(de)工質質(zhi)量😄流量(liang)相對真(zhen)實值很(hen)小，其中(zhong)DN25管道内(nei)相對誤(wu)差爲5.16%~12.61%,DN200管(guan)道的相(xiang)對誤差(cha)爲5.13%~11.96%;
(3)對于(yu)超臨界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)而言,當(dang)孔闆人(ren)口直角(jiao)邊✉️緣變(bian)鈍後🔴,應(ying)立即進(jin)行相應(ying)的處理(li)或流量(liang)系數的(de)修正,否(fou)則誤差(cha)将會變(bian)得很大(da)。
　　當使用(yong)标準文(wen)件[10]給出(chu)的不同(tong)邊緣尖(jian)銳度對(dui)應的修(xiu)正系數(shu)b進行孔(kong)闆流量(liang)系數的(de)修正時(shi),可以--定(ding)程度上(shang)減少流(liu)量系數(shu)✨的相對(dui)誤差。本(ben)文使用(yong)表5中的(de)修正系(xi)💞數b對經(jing)驗公式(shi)計算結(jie)💛果進行(hang)修正,結(jie)果如圖(tu)9所示。
 
 
　　結(jie)果顯示(shi)，對于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質而(er)言,當使(shi)用修正(zheng)🏃‍♀️系數🧡b進(jin)行孔闆(pan)流量系(xi)數的修(xiu)正後,僅(jin)可使部(bu)分邊緣(yuan)圓弧半(ban)徑對應(ying)的孔闆(pan)流量系(xi)數相對(dui)誤差降(jiang)低到可(ke)以接受(shou)的程度(du),而大部(bu)分情況(kuang)下相對(dui)誤🔆差仍(reng)比較大(da),如DN25管道(dao)多數情(qing)況下的(de)流量系(xi)數相對(dui)誤差在(zai)4.41%~6.94%之間🔆,DN200管(guan)道的相(xiang)對誤差(cha)多數在(zai)3.74%~7.11%,因此該(gai)修正系(xi)數b對于(yu)超臨⁉️界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)并不适(shi)用。
　　對DN25和(he)DN200管道的(de)模拟流(liu)量系數(shu)及經驗(yan)公式計(ji)算結果(guo)求平均(jun),得到針(zhen)對超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質的不(bu)同孔闆(pan)邊緣尖(jian)銳度對(dui)應的修(xiu)正系數(shu)b,如表6所(suo)示。将更(geng)正的修(xiu)正系數(shu)應用于(yu)模拟數(shu)據💋，結果(guo)如圖10所(suo)示。
 
　　可以(yi)看出,當(dang)使用更(geng)正後的(de)修正系(xi)數b進行(hang)孔闆的(de)流量系(xi)數經驗(yan)公式計(ji)算結果(guo)的修正(zheng)後,得到(dao)的流量(liang)系㊙️數與(yu)模拟結(jie)果拟合(he)較好,其(qi)中DN25管道(dao)相對誤(wu)差爲0.11%~1.21%,DN200管(guan)道相對(dui)誤差爲(wei)0.11%~1.85%。
4結論
　　本(ben)文開展(zhan)了孔闆(pan)流量計(ji)的數值(zhi)模拟研(yan)究，探究(jiu)了孔闆(pan)的各結(jie)構參數(shu)對超臨(lin):界二氧(yang)化磯工(gong)質流量(liang)系數🛀🏻的(de)影響,基(ji)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼于此給(gei)出了孔(kong)闆流量(liang)計結構(gou)參數的(de)設計建(jian)議,并且(qie)探究了(le)人口直(zhi)角邊🐅緣(yuan)尖銳度(du)對流量(liang)系數的(de)影響,得(de)到的主(zhu)要結論(lun)如下:
(1)現(xian)行标準(zhun)文件中(zhong)的孔闆(pan)流量計(ji)結構參(can)數的規(gui)定範圍(wei)測量⛷️相(xiang)對誤差(cha)在0.5%~47%的較(jiao)大範圍(wei)内波動(dong),對于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質并(bing)不适用(yong)。
(2)本文針(zhen)對超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gong)質提出(chu)了孔闆(pan).流量計(ji)結構參(can)數推薦(jian)設計範(fan)圍,其中(zhong)直徑比(bi)應爲0.6~0.7,節(jie)流孔厚(hou)度應爲(wei)0.004~0.03倍的管(guan)🚩道内徑(jing),孔闆厚(hou)度應爲(wei)0.02~0.06倍的管(guan)道内徑(jing),在該範(fan)圍内絕(jue)大多數(shu)工況下(xia)流量系(xi)數的相(xiang)對誤差(cha)可控制(zhi)在2%以下(xia);
(3)孔闆人(ren)口邊緣(yuan)鈍化會(hui)使流量(liang)系數顯(xian)著增加(jia),且修正(zheng)系數b并(bing)不能使(shi)相對誤(wu)差降低(di)至可以(yi)接受的(de)範圍,修(xiu)正後相(xiang)對誤差(cha)仍有⭐約(yue)3.74%-7.11%,本文針(zhen)對不同(tong)工況提(ti)出不同(tong)修正參(can)數,修正(zheng)後經驗(yan)✌️公式的(de)🏃‍♂️相對誤(wu)差降低(di)爲0.11%~1.85%。

本文(wen)來源于(yu)網絡,如(ru)有侵權(quan)聯系即(ji)删除！