摘要:超臨(lin)界二氧化碳循(xún)環發電技術采(cǎi)用超臨界狀态(tài)下的二氧化碳(tàn)代替傳統水蒸(zhēng)氣工質,由于物(wù)性發生巨大變(biàn)💔化,質量流量測(ce)量與計算方法(fa)需重新構建。本(běn)文開🤩展了孔闆(pǎn)流量計 數值模(mo)拟研究,使用fluent軟(ruan)件模拟計算了(le)孔闆直徑比、節(jiē)流孔厚度☔、孔闆(pǎn)厚度等結構參(can)數對流量系數(shu)的影響,結果表(biao)明現行标準🔴對(dui)超臨界二氧化(hua)碳并不♊适用。本(běn)文提出🤞了針對(duì)♍超臨界二氧化(hua)碳工質的孔闆(pǎn)流量計結構參(can)數推薦範圍,在(zai)該範圍内絕大(da)多🏃數計算結果(guǒ)相對誤差小于(yu)2%,并針對入口邊(biān)緣鈍化提出了(le)新修正系數,修(xiū)正後計算結果(guo)相對誤🆚差爲0.11%~1.85%,滿(mǎn)足測量精度要(yào)求。
　　伴随着經濟(jì)社會的不斷發(fa)展,我國發電機(ji)組在發電效率(lǜ)♌、能源結構、環境(jìng)效益等多方面(miàn)都面臨着轉型(xíng)升級的嚴峻挑(tiao)戰。中國在2007年已(yǐ)經成爲全球溫(wēn)室氣體第一大(dà)排🛀放國家🐉川。習(xí)近💘平總書記在(zài)聯合國-般性辯(biàn)論會.上承諾[2],中(zhong)國碳排放量力(li)争💚分别于2030年🈲和(he)2060年前實現達峰(feng)和中和,作爲一(yi)種變革性火力(lì)發🌍電技術超臨(lin)界二氧化碳循(xún)環是實現能源(yuan)結構轉型進程(chéng)中✂️的重要手段(duan)。
　　随着“雙碳”目标(biao)的逐步落實，超(chāo)臨界二氧化碳(tàn)(溫度📱高于303.98K、壓力(lì)高☁️于7.38MPa)被廣泛應(ying)用,其作爲工質(zhi)的布雷頓✔️循環(huan)具有極高的熱(rè)源适用性,可應(yīng)用于太陽能、核(hé)能、餘熱等多種(zhǒng)場景。且由于超(chao)臨界二🐕氧化碳(tan)密度大、黏性小(xiao)、壓縮性好、循環(huán)過程♉無相變，相(xiàng)比于傳統水工(gōng)質,超臨界二氧(yang)化碳🛀循環珂以(yǐ)實現更高的循(xun)🚶‍♀️環效率,Dostal等[3]指出(chu)✏️在透平人口工(gōng)質溫度高于550℃條(tiáo)件下,超臨界二(èr)氧化碳循環發(fa)👉電系統性能顯(xian)著高于水循環(huán)系統。此外，配合(hé)🐪間歇性、随機性(xìng)強的可再生能(néng)源供電以保障(zhàng)社會用電穩定(dìng)是未來火力發(fā)電重要任務,超(chao)臨界二‼️氧化碳(tàn)系統靈活性高(gao)🌈、能實現完📞全熱(re)電解耦的特點(dian)也使其更能滿(man)足未來火力發(fā)電的深度調峰(feng)需求。
　　系統内部(bu)流動工質流量(liàng)的正确測量是(shì)其得以應用的(de)基✏️礎。當⁉️前超臨(lín)界二氧化碳主(zhǔ)要用于藥物/化(hua)學試劑萃取、油(yóu)田驅油等溫度(du)、壓力相對較低(di)的場景,而超☁️臨(lin)界二氧化碳循(xun)環系統需要二(èr)氧化碳工質達(dá)到極高的溫度(du)與壓力,二氧化(huà)碳的密度、比熱(re)、黏度等物性參(cān)數發生了顯著(zhe)變化,對于該條(tiáo)件下二氧化碳(tan)流量測量,傳統(tǒng)流量測量方法(fǎ)将不☎️再适用。孔(kong)闆流量計是--種(zhong)技術👄成熟且适(shi)合于高溫高壓(yā)流體流量測:量(liàng)的方🔞法,經過多(duō)年發展孔🐕闆流(liu)量計已形成标(biao)準化形式,主⛷️要(yào)包括兩部分,分(fen)别是具有直角(jiao)邊緣的-段節流(liu)孔,以及在節流(liu)孔後具有一斜(xie)角的錐形擴🐅流(liú)段,其結構如圖(tú)1所示。然而有關(guān)測量超臨界二(er)氧化碳循環中(zhōng)工質流量的孔(kong)闆流量計🔱設計(ji)方案,國内外并(bing)無經驗借鑒。因(yīn)此需要針對超(chao)🌂臨界二氧化碳(tàn)工質的全新特(te)性,探💘究孔闆結(jié)構參📞數的變化(huà)對于流量系數(shù)的影響,同時驗(yan)證現有标準中(zhōng)的相關規定對(duì)于超臨界二氧(yang)化碳🔞工質是否(fǒu)适用。.
　　我國學者(zhě)采用數值模拟(ni)爲主,實驗驗證(zheng)爲輔的研究方(fang)式,以🥰水或天然(ran)氣爲研究對象(xiang),開展了管徑、孔(kong)徑厚度等結構(gou)參數👅對孔闆流(liu)量計的影響研(yán)究。孔闆直徑比(bǐ)、厚度等參數會(huì)顯著影響孔闆(pǎn)的節流特性,從(cong)而影響流量計(ji)的計量性能。當(dang)直徑🏃‍♀️比小于0.3時(shí),流量系數随直(zhi)徑比增加而快(kuài)速下降,當直徑(jing)比大于0.3時，流量(liàng)系數💜逐漸遞增(zēng),但增速較緩;直(zhí)徑比🈲在0.2~0.8範🐕圍内(nei)時，流量系數随(sui)β增大呈先減小(xiǎo)後增大的趨勢(shi),并以0.55爲分界點(dian),其中β在0.45~0.65之間時(shi)可控制誤🤟差在(zài)3%以内。與直徑比(bi)不同,流量系數(shù)随孔闆厚度的(de)變化特性📱較--緻(zhì)。厚度e增加，流出(chū)系數直線上升(shēng);林棋等人[4-5]也認(rèn)爲流出系數随(sui)縮徑孔厚度增(zeng)大而增大;在模(mó)型中考慮了引(yǐn)壓管的存在,結(jie)🆚果顯💁示,e變化0.15mm時(shi)，流出系數變化(huà)1.56%;e變化1mm時，流出系(xi)數變化2.125%。
 
　　近年來(lai)的理論知識、不(bu)斷優化的算法(fa)以及不斷更🈲新(xin)擴充的實驗數(shù)據庫等都保證(zhèng)了數值模拟研(yán)究的正确率與(yǔ)精♍度,因而逐漸(jian)成爲主流研究(jiu)方法之一。孔闆(pǎn)流量計管道内(nèi)💯部介質流動複(fú)🈚雜,參數變化劇(ju)烈,采用數值模(mó)拟🤞方法可以有(yǒu)效捕捉⭐到管道(dào)内🧡部的細微變(biàn)化,因此是孔闆(pan)流量計研究的(de)有力工具。部分(fèn)學者利用數值(zhí)模拟對👅孔闆流(liú)量計結構進行(háng)了優化設計。利(lì)用Fluent模拟🤩了一種(zhǒng)半雙曲線型的(de)新式孔闆流量(liang)計,并同時利用(yong)牛頓流體和非(fei)牛頓流☔體進行(hang)驗證，發現這種(zhong)流量計☀️可使内(nei)部介質近似無(wú)剪切流動,大大(da)消除了渦流和(he)停滞區等流動(dong)結構;研究發現(xian)在孔闆流量🌂計(jì)下遊插入-個環(huan)可以有👅效減少(shǎo)壓力損失,并利(lì)用數值模拟和(he)遺傳算法優化(huà)結構,可🔅減少33.5%的(de)壓力損失,極大(dà)🔞的降😍低了能耗(hao)和成本。
　　因此,本(běn)文進行了孔闆(pan)流量計結構參(cān)數對于流量系(xì)數影響的模拟(nǐ)研究,包括直徑(jìng)比、節流孔厚度(du)、孔闆厚👌度等結(jie)構參數,明确了(le)在超臨界二氧(yǎng)化碳工質典型(xing)工況下不同結(jie)構參數對流量(liang)系數的影響,同(tóng)時将通過現行(háng)孔💛闆流量計國(guó)際标準文件中(zhōng)經驗公式計算(suan)✉️得到的結果與(yǔ)數值模拟結果(guǒ)進行比較,提出(chu)了針對🈲超臨界(jie)二氧化💔碳工質(zhi)的孔闆流量計(ji)結構參數推薦(jiàn)範圍與推薦設(she)計值,提升了其(qí)測量精度。除此(ci)之外，還探究了(le)孔闆人口直📞角(jiao)邊緣鈍化對孔(kong)闆流量計測量(liang)精度的影響,并(bing)據此提出了新(xin)的針對現行孔(kǒng)闆流量計國際(jì)标準文件中經(jing)驗😍公式計算得(de)到的流量系數(shu)的修正系數。
1.計(ji)算模型與模拟(ni)方法
1.1模型建立(li)與網格劃分
　　根(gen)據标準文件[1]規(guī)定的孔闆流量(liàng)計結構設計與(yǔ)參數要求，本文(wén)分别建立了DN25和(he)DN200兩種管徑的孔(kong)闆流量💁計,結構(gòu)參數如表1所示(shi),在後文進行相(xiàng)關研究時均以(yi)該表🏃‍♂️中的結⭐構(gou)參數爲基礎參(cān)數,依據該參數(shu)使👣用SolidWorks軟件建立(li)了孔闆流量計(ji)及👣其前後一定(dìng)長度管道的幾(ji)何模型,如圖2所(suǒ)示。
 
 
　　本文采用非(fēi)結構化網格進(jìn)行模拟計算,利(lì)用AnsysMeshing軟件✉️将孔闆(pǎn)🤟流量計管道劃(huà)分爲四面體網(wang)格和六面體網(wǎng)格🛀🏻相結合的混(hun)合💔形式。除此之(zhi)外,爲了準确捕(bǔ)捉到流場内的(de)細微變化🥵,在介(jiè)質與管道🐉内壁(bì)接觸處進行邊(bian)界層的網格劃(hua)分，采用平滑過(guo)渡法,第一層高(gāo)度根據面網格(ge)和過渡比進行(háng)确定,最大層數(shù)爲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻5層，增長率爲(wèi)1.2,這時邊界層總(zǒng)厚度是變化的(de),對于複💃雜流動(dong)更有效，結果如(ru)圖3所示。
 
　　爲提高(gāo)節流孔闆内部(bu)及其到前後取(qu)壓截面處的模(mó)拟🧑🏾‍🤝‍🧑🏼精度☂️,利🔅用影(ying)響球對孔闆前(qián)後長度爲D的流(liú)場範圍❓内進行(hang)了局部網格⛹🏻‍♀️加(jiā)密,網格數量過(guò)少會導緻計算(suan)精度不足,而過(guò)多的網格數量(liang)🌐則會無謂地加(jiā)大計算工作量(liàng),降低計算速度(dù)。本文對🌈DN25和DN200兩種(zhǒng)管徑不同的管(guǎn)道進行網格數(shù)量與計算結果(guo)無關性🐅的驗證(zhèng)，綜合計算精度(dù)與計算速度考(kǎo)慮,對于DN25管道👣,選(xuǎn)取網格👄數分别(bié)🔞爲956036和1190483時,在各點(dian)測出的壓力相(xiang)差均小于0.01%，因此(ci)選擇劃🏃‍♂️分網格(ge)數爲956036;對于DN200管道(dao),選取網格數分(fèn)别爲2308874與4328293時,在各(ge)點測出的壓力(li)相差均🐕小于0.01%，因(yin)此選擇劃分網(wǎng)格數爲2308874。
1.2模拟程(chéng)序參數設置
1.2.1物(wù)性參數設置
　　Refprop軟(ruǎn)件由NIST開發，該軟(ruǎn)件含有豐富的(de)數據庫以及适(shì)用于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻超臨界CO,的(de)多個狀态方程(chéng)。本文通過在Fluent軟(ruan)件中激活NISTRealGas模型(xíng)[川進行調用,計(jì)算超臨界二氧(yǎng)化碳流體的物(wu)性參數。其中物(wu)性參數采用FEK狀(zhuang)态方🌍程模型計(jì)算，黏度采用VS1模(mo)型,導熱系數采(cǎi)用TC1模型,各模型(xíng)的相關💃🏻參數如(ru)表2所示。
 
1.2.2邊界條(tiao)件設置
　　本文針(zhen)對超臨界二氧(yang)化碳鍋爐人口(kǒu)處的循環工💃🏻質(zhi)😄進行流量系數(shu)測量的數值模(mó)拟研究,設置了(le)質量流量人口(kǒu)與壓力出口,溫(wen)度、壓力等參數(shù)的選取爲超臨(lín)界二氧☀️化碳鍋(guō)爐入口處工質(zhi)典型參數,即750K、21MPa。由(yóu)于循環🌐系統運(yùn)行于高壓環境(jìng)，管道的壓力損(sǔn)失🔴相較而言很(hěn)⭐小，因此可認爲(wèi)管道壓力爲恒(héng)定.值,壓🆚力出口(kǒu)參數設置與人(rén)口相同,其餘參(can)數保持默認不(bú)變;由于超臨界(jiè)二氧化碳鍋爐(lu)人口處管道一(yī)般采取嚴格保(bǎo)溫措施,因此可(kě)忽略壁面與工(gōng)質間的換熱,設(shè)置爲絕熱邊界(jie)㊙️。
1.2.3數值模型設置(zhi)
　　本文主要模拟(nǐ)超臨界二氧化(hua)碳工質流經孔(kǒng)闆流量計的流(liu)動過程,基本方(fang)程包含質量、動(dong)量和能量輸運(yun)方程,由雷諾數(shù)的定義公式
 
　　計(jì)算可知本文針(zhen)對的超臨界二(er)氧化碳工況下(xia)雷諾數均🌈遠大(da)于4000,因此管道内(nèi)的流動均處于(yu)湍流狀态,在進(jin)行數值🏃模拟時(shi)需進行湍流模(mo)型的設置,本文(wén)選擇♍SSTh-ɷ湍流模型(xíng)。
1.2.4求解參數設置(zhi)
　　FLUENT中的亞松弛因(yīn)子主要控制計(ji)算過程中每次(ci)叠代的變化量(liang),可以通過減少(shǎo)兩層次之間計(ji)算.結果的差值(zhi)🐪從而促進收斂(lian)。本文設置的亞(ya)松弛因子如表(biao)💚3所示。
 
1.3模型的驗(yàn)證
　　基于上述設(shè)置，本文針對溫(wen)度爲535.1~642.5K、壓力爲19MPa、質(zhi)量流量爲1.28kg/s的㊙️實(shí)驗工況進行了(le)模拟研究,模拟(nǐ)的孔闆結構參(can)數、溫度♍、壓力、流(liú)量等參數以及(jí)數據處理方法(fa)均與實驗保持(chi)--緻,得到了超臨(lin)界二氧化☂️碳工(gong)質的流量系數(shu)。将模拟計算得(de)到的流量系數(shu)與實流測量💋結(jie)果進行對比,結(jie)果如圖💋4所示。,通(tong)過數值模拟得(de)到的流量系數(shù)與實驗數據總(zǒng)體趨勢相似,在(zài)數值上均高于(yu)實🏃‍♀️驗數據,但相(xiàng)對于實驗數據(jù)的偏差較小,偏(pian)💜差爲1.62%~2.69%。
 
　　造成偏差(cha)的原因可能有(you)多種,如實驗選(xuan)用測量儀表💋具(ju)有一🏃‍♀️定的不确(que)定度、模拟參數(shu)的設置無法與(yǔ)真實情況完全(quán)🔞對應、收斂判據(ju)設置不嚴格等(děng)等。爲了降低模(mo)拟結果與實驗(yàn)數據的偏差✍️,本(běn)文分别按♋各模(mo)拟結果相對同(tóng)工況下實驗數(shù)據的偏差平均(jun)值進行修正👌。模(mó)拟得到流量系(xi)數相對實驗數(shù)據平⁉️均增大0.013,因(yīn)此對模拟結果(guǒ)減去🥵該修正值(zhi),修正✔️後相對偏(pian)差爲0.016%~0.674%。
上述結果(guǒ)說明數值模拟(nǐ)方法與實驗結(jié)果的一緻性較(jiào)😘好,因此本文建(jian)立的數值模拟(nǐ)方法可用于後(hou)續進一步的研(yan)究。
2孔闆結構參(cān)數對流量系數(shu)影響
2.1直徑比的(de)影響
　　直徑比會(hui)顯著影響孔闆(pan)對于介質流過(guo)的節流效果,改(gǎi)變介質流過的(de)速度、壓力等參(cān)數,是影響孔闆(pǎn)⭐流量計測🌈量性(xìng)⛹🏻‍♀️能的首要因素(su)。ISO國際标準中規(guī)定,孔闆流量計(ji)的直徑比一✊般(ban)在0.1~0.75内變化,本🐉文(wén)分别選取直徑(jìng)比在0.3~0.9之内的7個(ge)工況進行了模(mo)拟計算,探究孔(kong)闆流量計直😘徑(jing)比對流量✔️系數(shu)的影響，得到的(de)結果如圖5所示(shì)。
對數據進行分(fèn)析可知:
(1)孔闆流(liu)量系數随直徑(jìng)比的變化趨勢(shì)與管徑無關。随(suí)着孔闆直徑比(bi)增大,DN25和DN200管道内(nèi)孔闆流量系數(shù)呈現近似相同(tóng)變化趨勢;上升(shēng)-平穩-.上升,主要(yao)區别在♌于前者(zhe)在β爲0.4~0.8範圍内較(jiào)平穩、而後者在(zai)🔞0.5~0.8範圍内較平穩(wen);
(2)标準文件[10]中經(jing)驗計算公式的(de)結果随直徑比(bi)增加🔴而逐漸下(xia)降,其中直徑比(bi)在0.3~0.6範圍内時下(xia)降趨勢較平緩(huǎn),當超㊙️過0.6時下降(jiang)💋值逐漸增大;
(3)孔(kong)闆流量系數在(zai)β爲0.3~0.6時小于經驗(yan)公式計算值,此(cǐ)範圍内使用經(jing)驗計算公式會(huì)使測量結果較(jiao)真實值大2.45%~47.03%;β在0.7~0.9時(shí)孔闆流量系📐數(shù)大于經驗公式(shì)計算值，此時✉️使(shǐ)用經驗計算公(gong)式會使測量值(zhi)比實際值小0.5%~60.19%;
(4)當(dang)直徑比在标準(zhun)文件[10]規定的0.1~0.75範(fan)圍内時,孔闆流(liu)量系數✔️的模拟(nǐ)結果與經驗公(gong)式計算結果的(de)相對誤差波🍓動(dòng)較大,如對DN25管道(dào)而言,β爲0.3時相對(dui)偏差達到47.03%,而β爲(wei)0.7時相🐕對偏差僅(jin)爲0.5%。因此對于超(chāo)臨界二氧化碳(tàn)工質而言，孔闆(pan)直徑比的選擇(zé)範圍應較标⁉️準(zhun)規定範🆚圍縮小(xiǎo);對于超臨界二(èr)氧化碳工質而(ér)言,直徑比在‼️0.6~0.7範(fàn)圍内時孔闆流(liú)量系數的模拟(nǐ)結果與經驗公(gong)式計算結果的(de)相對誤差較小(xiao)，其中DN25管道相對(duì)誤差爲0.5%~2.45%,DN200管道相(xiàng)對誤差爲2.27%~3.6%。
 
2.2節流(liu)孔厚度的影響(xiǎng)
　　孔闆節流孔厚(hòu)度決定了超臨(lín)界二氧化碳工(gong)質流過收縮管(guǎn)道的長度,是影(ying)響孔闆節流能(neng)力的主要參數(shu)之一，會對工質(zhi)流過孔闆的流(liu)速、壓力等參數(shu)💯産生影響,進而(er)🌏影響測量結果(guo)。标準文件[10]規定(dìng)标準孔闆節流(liú)孔厚度應在0.005D~0.02D之(zhī)間,對👌應DN25管道的(de)e應在0.115~0.46mm,DN200管道🌂的e應(yīng)在0.695~2.78,本文🔆分别模(mó)拟了DN25管道e爲0.1~0.7mm、DN200管(guǎn)道♻️e爲0.2~4.2mm時超臨界(jie)二氧化碳工質(zhì)流過節流孔闆(pan)的流量系數變(bian)化,爲便于對比(bǐ),以e/D爲橫坐标将(jiang)結果表示在圖(tu)6中。
 
對數據進行(háng)分析可知:
(1)孔闆(pan)流量系數随e/D的(de)變化趨勢與管(guǎn)徑無關。随着e/D逐(zhú)📧漸增加📞,DN25和DN200管道(dào)内孔闆的流量(liang)系數均呈現先(xian)減小🏃‍♀️後增大的(de)趨勢，分别在e/D爲(wèi)🤟0.017和0.023時達到最小(xiao)值，此後流量系(xì)數先急劇增大(dà),随後保持平緩(huan)增長;
(2)标準文件(jian)[I0]中經驗計算公(gong)式的結果不随(sui)節流孔厚度而(ér)發生改變,其中(zhōng)DN25管道的經驗公(gōng)式計算結果略(luè)大-一🌈些,模拟得(de)💛到的DN25和DN200管道的(de)流量系數均小(xiao)于經驗公式計(ji)算結果,其中前(qian)者的相對誤差(cha)爲0.18%~1.84%,後者的相對(duì)誤差爲0.31%~2.05%;
(3)在标準(zhǔn)文件[10]規定孔闆(pǎn)節流孔厚度範(fàn)圍内,孔闆流量(liang)🌏系數模拟結果(guo)與經驗公式的(de)相對誤差均在(zai)2%以下,因此标準(zhǔn)中規定的孔闆(pǎn)節流孔厚度範(fan)圍可以接受;同(tong)時還發❗現當節(jie)流孔厚度超過(guo)規定範圍一定(dìng)值後,相對誤差(cha)仍♊可接受,甚至(zhì)相對誤🆚差還可(ke)能減少，如DN25管道(dao)的e爲0.6mm、0.7mm時,均超出(chū)了規定上限0.46mm,但(dàn)相對誤差分别(bie)達到了0.3%和0.18%，因此(ci)标準中規定的(de)節流孔📐厚度範(fàn)圍在針😍對超臨(lín)💔界二氧化碳工(gong)質☔時可以适當(dāng)擴大⁉️,推薦DN25管道(dao)孔闆節💜流孔厚(hou)度可在0.004D~0.03D内變化(hua)，DN200管道在0.005D~0.03D範圍内(nèi);
(4)基于模拟結果(guǒ)給出相對誤差(chà)更小時對應孔(kong)闆節流❓孔🎯厚度(du)的⭐推薦值,其中(zhong)DN25管道孔闆在e/D爲(wei)0.004~0.008及0.02~0.03之間,即e爲0.1~0.2mm.0.5~0.7mm時(shí)，相對⁉️誤差小于(yú)1.5%;DN200管道孔闆在e/D爲(wei)0.005~0.012及0.027~0.03時,對應e爲0.7~1.7mm及(jí)3.7~4.2mm時，相對誤差小(xiao)于等于1.5%。
2.3孔闆厚(hou)度的影響
　　由圖(tú)1可知，标準孔闆(pan)在節流孔之後(hou)還設置一定長(zhang)度的♋錐🧡形擴流(liú)段,與節流孔段(duan)共同組成孔闆(pǎn)的節流段,該擴(kuo)♍流段長度⛱️也會(huì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼對孔闆的節流(liú)能力産生影響(xiǎng),從而改變工質(zhi)流❗過孔闆❓後的(de)速🚶度、壓力等參(cān)數,對測量精度(du)産生影響。标準(zhun)文件[10]規定孔闆(pǎn)厚度E應在e~0.05D之間(jiān),對應DN25管道的E應(ying)不大于1.15mm,DN200管道的(de)E不超過6.95mm。
　　本文在(zai)保持節流孔厚(hòu)度不變的情況(kuàng)下，分别設置☁️了(le)不⚽同的🏒孔闆厚(hòu)度用以探究流(liu)量系數的變化(hua),其中DN25管道孔㊙️闆(pǎn)厚度E爲0.5~1.4mm,DN200管道孔(kǒng)闆厚度E爲3~8mm,模拟(ni)結果如圖7所示(shì)🛀。
 
對數據進行分(fen)析可知:
(1)孔闆流(liú)量系數随E/D的變(bian)化趨勢與管徑(jìng)無關。随着E/D逐漸(jiàn)增加,DN25管✨道和DN200管(guǎn)道内孔闆流量(liang)系數呈現近似(sì)相同的變化🙇🏻趨(qū)勢:即下降上升(sheng)-平穩-下降,主要(yao)區别在于DN200管道(dào)内孔闆流量系(xì)數下降和上升(shēng)的趨勢更加明(míng)顯;
(2)流量系數經(jing)驗計算公式的(de)結果不随孔闆(pan)厚.度而發生變(bian)化，其💰中DN25管道的(de)經驗公式計算(suàn)結果偏大--些,DN25和(hé)DN200管道的🚶‍♀️流量系(xì)數均小于經驗(yàn)公式計算值,因(yīn)此當使用經驗(yan)公🌐式進行工質(zhi)流量計算時會(huì)造成計算結果(guo)偏大;
(3)在标準文(wen)件[10]規定孔闆厚(hou)度範圍内,DN25和DN200管(guǎn)道内孔闆流量(liàng)系數與經驗計(jì)算公式的相對(duì)誤差均在2%以下(xià)，因此标準中的(de)🙇🏻規定範圍可以(yi)接受,但該規定(ding)範圍對于超臨(lin)界二氧化碳👣工(gong)質可适當擴充(chōng),如模拟結果所(suo)示，當DN25和DN200兩種管(guan)徑的孔闆厚度(du)E達到0.06D左右時，雖(suī)然已經超出🔞了(le)規定的0.05D這一限(xiàn)值,但相💋對誤差(cha)仍小于2%，處于可(ke)接受的範圍,但(dàn)依據變化趨勢(shì)可以合理預測(cè)，當孔闆厚度繼(ji)續增加時，相對(dui)🥵誤差将大于2%，因(yin)此建議對于超(chao)臨界二氧化碳(tàn)工質而言,孔闆(pan).厚度可設置在(zai)0.02D~0.06D之間。
2.4孔闆流量(liang)計結構參數設(shè)計建議
　　通過對(dui)孔闆流量計各(ge)結構參數的模(mó)拟研究,明确了(le)在進行超臨界(jiè)二氧化碳工質(zhi)質量流量測量(liàng)時,孔闆🏃🏻‍♂️流量系(xì)數随各結構參(can)數的變化趨勢(shi)與相對誤差,本(ben)節主要對以上(shàng)🚶模拟結果進行(háng)總結分析,參考(kao)《用能單位能源(yuán)計😄量器具配備(bei)和管理通則》中(zhōng)的精度規定，，給(gei)出了針對超臨(lin)界二氧化碳工(gōng)質的孔闆流量(liang)計結構參數推(tui)薦設計範圍,在(zai)該範圍内經⚽驗(yan)計算公式的計(jì)算結果可滿足(zu)2.5精度等級要求(qiu),還進一步提出(chū)了該範圍内精(jing)度相對更高的(de)結構參數推薦(jian)值☁️，将以上結果(guǒ)與現行國際标(biāo)準ISO5167-2:2003中标準孔闆(pǎn)流量計各結構(gòu)📱參數的規定範(fan)圍進行對比,如(rú)表4所示。
 
　　可以看(kan)出,對于超臨界(jiè)二氧化碳工質(zhì)而言,标準文件(jian)[10]規定的孔闆流(liú)量計各結構參(can)數的設計範圍(wei)并不完全适用(yong),其中直徑比的(de)規定範圍過大(da),對應的流量系(xi)數的相對誤差(cha)也波動較大,從(cong)0.5%到47.03%不等,而當直(zhí)徑比在0.6~0.7範圍内(nei)時,可将相對誤(wu)差有效降低至(zhi)0.5%~3.6%;在标準文件[10]規(gui)✨定的節流孔⛱️厚(hòu)度、孔闆厚度等(deng)參數範圍内,絕(jué)大多數⭐流量系(xì)數的相對誤差(cha)可控制在2%以下(xia)，因此其規定範(fàn)㊙️圍可以繼續使(shǐ)用,同時本文的(de)數值模拟結果(guǒ)顯示，當孔闆的(de)以，上幾個結構(gòu)參數的數值超(chao).出其規定範圍(wéi)🐇時,最大相對誤(wù)差也僅爲2%左右(you)，因此對于超臨(lín)界二氧化碳工(gong)質而言👄，孔闆的(de)節流孔厚度、孔(kong)闆厚度等參數(shu)均可一定程度(dù)上超出标準中(zhong)的規定範圍，相(xiang)對誤差也✏️可接(jie)受。
3入口直角邊(bian)緣尖銳度及其(qí)修正系數的模(mó)拟研究✨
　　一般而(er)言,孔闆人口邊(bian)緣應該是尖銳(rui)的,其與超臨界(jiè)二氧化⁉️碳工質(zhì)首先直接接觸(chu),如果其尖銳度(du)不夠的話則無(wu)法保證對于工(gong)質的節流作用(yong)達到預期,因而(ér)會對測量精度(du)産生影🏃🏻‍♂️響。在孔(kǒng)闆實際工作過(guò)程:中,可能存在(zai)加工精度不♌足(zú)、工質磨損、腐蝕(shí)等問題的存在(zai),造成直角邊緣(yuan)變鈍,故标準文(wen)件[10]規定,孔闆人(rén)口邊緣💋的圓弧(hú)半徑應小于等(deng)于0.0004D,在此限值之(zhī)内的誤差是可(ke)以接受的,若超(chao)過⭐這一-限值,則(ze)無法🏒保證測量(liang)精度,應進行相(xiàng)應的維修🆚、更換(huan)或修正等。本文(wén)模拟了孔闆人(ren)🌐口邊緣圓弧半(bàn)徑爲0~0.015D時孔闆的(de)流量系數變化(huà)🚩趨勢,結果如圖(tú)8所示。
 
分析結果(guǒ)可以得出:
(1)孔闆(pan)人口邊緣尖銳(rui)度對于孔闆流(liu)量系數的影響(xiǎng)趨勢與🈲管⛱️徑無(wú)關。随着孔闆人(ren)口邊緣逐漸變(biàn)鈍,DN25和DN200兩種管道(dao)的孔闆流量系(xi)☎️數呈現近似相(xiàng)同的變化趨勢(shì)，均随着人口圓(yuán)弧半徑的✨增大(da)而先增大後減(jiǎn)小,分别在r達到(dào)0.01D和0.008D時流量系數(shu)達到最大;
(2)孔闆(pan)人口邊緣開始(shǐ)鈍化時,流量系(xi)數顯著增加,遠(yuǎn)大于經✏️驗計算(suàn)公式結果,因此(cǐ)造成使用經驗(yan)計算公式時得(dé)到的工質質量(liang)流量相對真實(shí)值很小，其中DN25管(guǎn)道内相對誤差(chà)爲5.16%~12.61%,DN200管道的相對(dui)誤差爲5.13%~11.96%;
(3)對于超(chāo)臨界二氧化碳(tàn)工質而言,當孔(kǒng)闆人口直角🧡邊(biān)緣變🏃‍♂️鈍後,應立(li)即進行相應的(de)處理或流量系(xi)數的修正,否則(zé)誤差将會變得(de)很大。
　　當使用标(biao)準文件[10]給出的(de)不同邊緣尖銳(rui)度對應的修👉正(zhèng)系數b進行孔闆(pan)流量系數的修(xiū)正時,可以--定程(chéng)度上減少流量(liang)🔱系數的相🧡對誤(wu)差。本文使用表(biao)5中的修正系數(shu)b對經驗公式計(jì)算結果進行修(xiu)正,結果如💁圖9所(suo)示。
 
 
　　結果顯示，對(dui)于超臨界二氧(yǎng)化碳工質而言(yan),當使用修正💔系(xi)數b進行孔闆流(liu)量系數的修正(zheng)後,僅可使部分(fèn)邊緣圓弧半徑(jing)對👌應的孔闆流(liu)量系數相對誤(wù)差降低到💋可以(yǐ)接受的程度,而(ér)大部分情況下(xià)相對誤差仍比(bi)較大,如DN25管道多(duo)數情況📧下的流(liu)量系數相對誤(wu)差在4.41%~6.94%之間✍️,DN200管道(dào)的相對㊙️誤差多(duō)數在3.74%~7.11%,因此該修(xiū)正🏃‍♀️系數b對于超(chāo)臨界二氧化碳(tàn)工🆚質并不适用(yong)。
　　對DN25和DN200管道的模(mó)拟流量系數及(ji)經驗公式計算(suan)結果求平均,得(dé)到針對超臨界(jie)二氧化碳工質(zhì)的不同孔闆邊(biān)緣尖🚶‍♀️銳度對應(yīng)的修正系數b,如(rú)表6所示。将更正(zheng)✔️的修正系數應(ying)用于模拟數據(ju)，結果如圖10所示(shi)。
 
　　可以看出,當使(shǐ)用更正後的修(xiu)正系數b進行孔(kong)闆的💃流量♈系數(shù)經驗公式計算(suan)結果的修正後(hou),得到的流量系(xi)數與模拟結果(guǒ)🏃🏻拟合較好,其中(zhong)DN25管道相對誤差(cha)爲0.11%~1.21%,DN200管道⁉️相對誤(wù)差爲0.11%~1.85%。
4結論
　　本文(wén)開展了孔闆流(liu)量計的數值模(mó)拟研究，探究了(le)🤞孔闆的各結構(gou)參數對超臨:界(jie)二氧化磯工質(zhi)流量系數的影(yǐng)響,基于此給出(chū)了孔闆流量計(jì)結構參數的設(shè)計建議,并且探(tàn)究了人口直角(jiao)邊緣尖銳度對(dui)❌流量系數的影(yǐng)響,得到的主要(yào)結論如下:
(1)現行(hang)标準文件中的(de)孔闆流量計結(jie)構參數的規定(dìng)範圍測量♌相對(duì)誤差在0.5%~47%的較大(da)範圍内波動,對(duì)于超臨界二氧(yǎng)化碳♈工質并不(bu)适用。
(2)本文針對(dui)超臨界二氧化(huà)碳工質提出了(le)孔闆.流量計結(jié)構參數推薦設(shè)計範圍,其中直(zhí)徑比應爲0.6~0.7,節流(liu)孔厚🐉度應爲0.004~0.03倍(bei)的管道内徑,孔(kǒng)闆厚度應爲0.02~0.06倍(bei)的管道内徑,在(zài)該範圍内絕大(da)多數工況下流(liú)量系數的相對(dui)誤差可控制在(zài)🌂2%以下;
(3)孔闆人口(kou)邊緣鈍化會使(shǐ)流量系數顯著(zhe)增加,且修正系(xi)數b并不能使相(xiang)對誤差降低至(zhì)可以接受的範(fàn)圍,修正後💚相對(dui)🈲誤差仍有約3.74%-7.11%,本(ben)文針對不同工(gong)況提出不同修(xiū)正參數,修正後(hou)經驗公式的相(xiang)對誤差降低爲(wèi)0.11%~1.85%。

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