摘要(yao)：孔闆流量計(jì)作爲一種節(jiē)流元件廣泛(fan)應用于⭕工業(yè)🔴實💜踐🔱中，但在(zài)不同的行業(ye)标準規範、書(shū)籍、專業軟件(jian)中， 孔闆流量(liàng)計 流量計算(suàn)方法各不相(xiàng)同，給工程計(jì)算帶來難度(du)。從孔闆流動(dong)的🈲理論出發(fa)，針對化工過(guo)程中常用的(de)薄壁銳孔孔(kǒng)闆流量計 ，分(fen)析并讨論了(le)各種常用計(jì)算公式和方(fāng)法的适用範(fan)圍和局限性(xing)，給出了計算(suan)公式選用的(de)指導原則。
　　在(zài)化工系統設(she)計過程中，孔(kǒng)闆應用主要(yao)有以下幾類(lèi):①作爲管道元(yuán)件限制流體(ti)的流量或降(jiàng)低流體的壓(ya)力;②作爲孔闆(pan)☎️流量計的一(yi)次元件。而針(zhēn)對.不同的用(yòng)途,不⭐同的研(yán)究者所采用(yòng)的計算方法(fǎ)也不盡相同(tong),因而不同的(de)行業标準規(gui)範、書籍、專業(ye)🐅軟件中孔闆(pǎn)的計算公式(shì)各不相同❤️,這(zhè)也導緻在實(shí)際工程計算(suàn)過程中對不(bú)同的公式難(nan)以選擇,也難(nán)以判斷其🐪正(zheng)确率。
　　因此,基(jī)于Bendict[1的工作，從(cong)一般的單相(xiang)流薄壁孔闆(pan)流通🍉方程出(chū)發,對常用的(de)孔闆流量計(jì)算公式進行(hang)比較分析😘,可(ke)以發現不同(tóng)計算☎️方法所(suo)采用的簡化(huà)假設的适用(yòng)範圍,從而判(pan)斷其正确率(lü),用于指導工(gong)程實踐。
1單相(xiang)流孔闆的一(yi)-般流通方程(cheng)
　　單相流孔闆(pǎn)的流動見圖(tú)1,在a截面前流(liú)體未受孔闆(pǎn)節流的🔞影響(xiǎng)💋,b截面爲孔闆(pan)處截面,c截面(mian)處流束收縮(suō)最小，平均流(liú)速最大。由于(yú)🌈篇幅所限,這(zhè).裏不給出計(jì)算單相♊流孔(kǒng)闆流量具體(ti)的推導過程(chéng),僅給出一般(ban)公式,其本質(zhi)上是基于動(dong)量守恒方程(chéng)和絕熱方程(chéng)🐅推導得到的(de)。

　　其中，q爲孔闆(pǎn)流通的質量(liàng)流量;p爲壓力(lì);ρ爲密度;A爲截(jie)面積🙇🏻;C爲💃收縮(suo)系數，即C.=A:/Ag，一般(bān)C.=0.5-1;C。爲速度系數(shu),即在c截面處(chù)實際流速與(yǔ)理想流體流(liu)🈲速的比值,用(yòng)于表征實際(jì)能量損失;β爲(wei)b截面直徑與(yǔ)a截面🙇🏻直徑比(bi),即β=d/D;k爲等熵指(zhǐ)數指數,一🐆般(ban)情況可以取(qǔ)理想氣體絕(jue)熱指數。
　　通過(guo).上述公式,Benedict11将(jiāng)實際流體與(yu)理想流體的(de)偏離主要用(yòng)C.和C。進行表征(zhēng),而這兩個參(can)數可以通過(guò)關聯不可壓(yā)縮流體下的(de)C.;和C.來計算得(dé)到,而不可壓(yā)縮流體經過(guo)孔闆的流量(liàng)公式，不論在(zài)實驗還是理(li)論_上都✔️得到(dao)了廣泛的研(yán)究和驗證,較(jiao)爲可靠。
2常用(yòng)孔闆計算公(gong)式的比較分(fèn)析
2.1化工工藝(yì)系統工程設(she)計規定
　　作爲(wei)化工行業應(yīng)用較爲廣泛(fan)的規範，HG/T20570-95[2]中的(de)孔闆流量計(jì)☔算公👉式見(3)(4)。
2.1.1可(kě)壓縮流體

　　通(tong)過比對文獻(xian)值口和HG/T20570附圖(tu)中的數據,發(fa)現二者大🌂體(tǐ)🏃🏻一緻,但是由(you)于HG/T20570.取的壓差(cha)是孔闆前和(hé)後系統的背(bei)壓,而流體在(zai)最小.流束截(jie)面(c截面)處的(de)壓力小于背(bei)壓,因此計算(suan)出來的流通(tong)量會偏低,孔(kǒng)徑比越大,偏(pian)差越大。此外(wài)，由于在HG/T20570中,可(kě)壓縮流體和(hé)不可壓縮💋流(liú)體采用的流(liu)量系數C是相(xiàng)同的，但是對(duì)比(3)和(2)不難發(fā)現。

　　而且根據(jù)文獻數據中(zhong)會發現,Ce與Cc,i的(de)比值随孔闆(pan)前後壓差變(bian)大🍉而變大,最(zui)大可能偏差(cha)150%。因此,HG/T20570可壓縮(suo)流體的流量(liang)系數C偏小，相(xiàng)同♉孔徑下計(ji)算孔闆流通(tōng)量偏小。.
　　由此(ci),初步可以得(de)出這樣的結(jié)論:在精度不(bu)高的情況下(xia),HG/T20570孔闆流量計(ji)算公式可用(yòng)于不可壓縮(suō)流體,但在計(jì)算可壓縮流(liú)體♊時孔⛹🏻‍♀️徑偏(piān)大。
2.2孔闆流量(liang)計算公式
　　孔(kǒng)闆的另一個(ge)主要應用就(jiù)是作爲流量(liàng)測量的一次(ci)🚶元㊙️件👌,因此,流(liu)量計量相關(guān)領域對孔闆(pǎn)的計算也有(yǒu)相☎️當廣🏃‍♀️泛的(de)研究,其中⛹🏻‍♀️,GB2624-2006-3]給(gěi)出了标準孔(kong)闆下的流量(liang)計算公式。

　　2624中(zhōng)給出的文丘(qiū)裏或噴嘴的(de)可壓縮系數(shù)是一緻的,這(zhe)也是合理的(de),因爲在文丘(qiū)裏或噴嘴結(jié)構下,可以🐅認(rèn)爲👈流體的最(zui)小流通面積(ji)即爲喉徑的(de)面積，即C≈l。對孔(kong)闆而言,C.與C..的(de)比值随孔闆(pǎn)前後壓差變(bian)大而變大,因(yīn)此孔闆的可(ke)壓縮系數大(dà)于😘文丘裏或(huo)噴嘴的可壓(ya)縮系數，這和(he)式(8)的計算結(jie)果是一緻的(de)。
　　在适用範圍(wéi)内,GB2624所給出的(de)計算方法無(wú)疑是相當正(zheng)确的。但是✍️,對(duì)于可壓縮流(liu)體前後壓差(cha)大于0.75的情況(kuang)下,GB2624并沒有給(gěi)出可選🎯擇的(de)計算方法。
2.3煉(lian)油裝置工藝(yi)管道安裝設(she)計手冊
　　煉油(you)裝置工藝管(guǎn)道安裝設計(ji)手冊》下冊[4]中(zhong)的孔闆流量(liàng)計算🚩公式見(jian)式(11)。

　　對比式(11)、(7)和(hé)(1)發現,該方法(fǎ)和GB2624的公式形(xíng)式基本是一(yi)-緻的,主要的(de)❌區别在于流(liú)量系數和膨(péng)脹系數的關(guān)聯公式的選(xuan)取。但是由于(yú)流量系數和(hé)膨脹系數需(xu)要查圖表得(dé)到,因此計算(suàn)較爲繁瑣,不(bú)利👨‍❤️‍👨用工程應(yīng)用,本文不對(dui)該方法進行(háng)進一步.讨論(lùn)。
　　此外,式(11)對前(qian)後壓差不做(zuò)限制，可用于(yu)臨界流情況(kuang)🏃，但實際上這(zhe)和理論是違(wei)背的,隻是一(yi)種工程上的(de)簡化處理辦(ban)法🌈。
2.4Idelchik公式
　　Idelchik5J針對(dui)不可壓縮流(liu)體給出了銳(rui)孔薄壁孔闆(pǎn)的流量經驗(yàn)關聯公式(12),與(yǔ)其他公式的(de)區别主要在(zài)于流量系數(shu)❄️的關聯式不(bú)一🥰樣,對于可(kě)壓縮流.體，該(gāi)關聯式不适(shi)用🐕。

2.5計算結果(guǒ)比較分析
　　由(yóu)于方法2.2和方(fang)法2.3在本質上(shàng)是一樣的，而(er)且GB2624推薦的方(fāng)法顯然是❓更(geng)爲可靠的,因(yīn)此主要對比(bǐ)方法2.1、方法2.2和(hé)方法2.4。
2.5.1不可壓(yā)縮流體
　　對于(yu)不可壓縮流(liu)體,選取30°C水爲(wèi)研究對象，闆(pan)前壓力🤩爲💛6.0MPa(a),闆(pǎn)後壓力🔅爲4.8MPa(a)，管(guǎn)道直徑爲50mm,針(zhen)對不同孔徑(jìng)比,計算結果(guo)見表1。

　　通過分(fen)析上述數據(jù)不難發現，在(zai)低孔徑比的(de)情況下,3個公(gong)式計算結果(guo)相差不大,但(dan)是當孔徑比(bǐ)增大時,式(5)計(jì)算結果✌️有較(jiào)♻️大偏差,這與(yǔ)之前理論分(fèn)析的結果一(yi)緻。此外，式(11)的(de)形式簡單🌐,工(gong)程應用方便(bian)。
2.5.2可壓縮流體(tǐ)
　　對于可壓縮(suo)流體,選取30℃氮(dàn)氣爲研究對(dui)象，闆前壓力(lì)爲6.6MPa(a),管道直徑(jìng)爲100mm,孔直徑爲(wèi)20mm,針對不同壓(yā)比,計算結果(guo)見表2。

　　通過分(fen)析上述數據(ju)不難發現,在(zài)低壓比的情(qíng)況下,二者計(ji)⭕算結果相差(chà)不大,但是當(dang)壓比減小時(shí),式(5)計算結果(guo)有較大偏差(chà),這個與之前(qián)理論分析的(de)結果🚩一緻。此(ci)㊙️外,雖然式(7)在(zai)壓比小于0.75的(de)情.況下不适(shi)用,但是在精(jing)度💋要求不高(gao)的情況下可(kě)以做小😘範圍(wei)的外推。
3臨界(jiè)壓比下孔闆(pǎn)的流通系數(shù)
　　在工程應用(yong)過程中,經常(chang)會遇到可壓(yā)縮流體孔闆(pǎn)前👉後壓🍉比小(xiǎo)于或等于臨(lín)界壓比的情(qíng)況，而且在對(dui)精度要求不(bú)高的情況下(xià)，通常考慮采(cǎi)用單孔闆來(lái)實.現。隻有式(shi)(5)和🌈(11)對這類情(qing)況給出了計(ji)算方法。但是(shì)通過第2節的(de)讨論不難發(fā)現,(5)的計算結(jie)果😍存在較大(dà)㊙️偏差，因此并(bing)不适用。而仔(zǎi)細分析式(11)後(hou)發現,其形式(shì)本身是不能(neng)用于臨界流(liu)情況的。因爲(wei),當孔闆前後(hou)👈壓比小于臨(lin)界壓✔️比時，流(liu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼體.在最小流(liu)束截面處的(de)壓力始終爲(wei)臨界壓力,并(bing)不會随着孔(kǒng)闆前後壓差(chà)變大而降低(dī)，所以，雖然式(shi)(11)可以在一定(ding)程度上計算(suàn)臨界流的情(qíng)況,但實際上(shang)隻是一種工(gong)程化的近似(si),其正确率難(nán)以确定。
　　對于(yú)臨界流，可以(yǐ)用一般的流(liú)通方程(2)來進(jin)行描述。當發(fa)生臨界流時(shi),孔闆最小流(liú)束截面處的(de)壓力恒定爲(wèi)臨界壓力,即(jí):

　　當發生臨界(jiè)流時,由于流(liu)體的最小流(liú)束截面積會(huì)随着前❗後壓(yā)差變大而變(biàn)大,因此,通過(guo)孔闆的流量(liàng)💛會随着孔⛹🏻‍♀️闆(pan)前後壓差變(bian)大而變大,但(dàn)是,由于孔闆(pǎn)結構的原因(yīn),其最小流動(dòng)面積總會比(bi)孔闆小孔面(mian)積小,因此Cc<1。再(zài)結合Bendict[11的工作(zuo)，可以初步給(gěi)出如下結論(lùn):①對于可壓縮(suo)流體在銳孔(kǒng)😍薄壁孔闆下(xia)☔,當孔闆後壓(ya)🔞力接近大氣(qi)壓，且對計算(suan)正确.性要求(qiú)不高時,可以(yǐ)⛱️選取Cd.=0.86,C.=0.97;②對于可(kě)壓縮流體在(zài)銳孔薄壁孔(kǒng)闆下,當孔闆(pan)後壓力接近(jìn)大氣壓時，在(zai)需要盡可能(neng)限制流體流(liú)速、保守處理(li)的情況下♊,可(kě)以選取Cd=1,Cv=0.97。
4結語(yu)
　　本文從一般(bān)的單相流孔(kǒng)闆流通方程(chéng)出發,通過對(dui)上述常用的(de)孔闆計算公(gong)式進行比較(jiao)分析,并讨論(lun)😘了各種常用(yong)計算方法的(de)适用範圍和(he)局限性,可以(yi)⭐指導在♻️實際(jì)工程應用過(guo)程中選取合(hé)适的計算方(fāng)法。具體分析(xī)結果如下:①在(zai)對工程計算(suàn)有較正确要(yào)🏃‍♀️求時,在GB2624适用(yong)範圍内，優先(xiān)使用GB2624對孔闆(pan)進行計算;②在(zai)對工程計算(suàn)有一定正确(què)率要求時,對(dui)于不可壓縮(suo)流體,可以用(yong)Idelchik公式對孔闆(pǎn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻進行簡化🌏計(ji)算;③對于前後(hou)壓差較大，或(huò)孔徑比🐕較大(da)時,不建議采(cǎi)用HG/T20570進行計算(suàn);④對于可壓縮(suō)流體的臨界(jiè)流情況，可以(yǐ)根據煉💰油裝(zhuāng)置工藝管道(dao)安裝💯設計手(shou)冊公式進行(hang)試算，也可以(yi)🚶‍♀️根據本文建(jian)議的方法進(jin)行保守性估(gū)計。如果對孔(kǒng)闆流量的計(jì)算精度有較(jiao)高要求時，建(jian)議采用多闆(pan)來逐級減🎯壓(yā)。

以上内容源(yuán)于網絡，如有(yǒu)侵權聯系即(jí)删除!