摘要:超臨(lin)界二氧化碳循(xun)環發電技術采(cǎi)用超臨界💁狀态(tai)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(cè)量與計算方法(fa)需重新構建。本(ben)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(jie)流✍️孔厚度、孔闆(pan)厚度等結構參(can)數對流量系數(shù)的影響🐆,結果表(biao)明現行🐪标準對(duì)超臨界二氧化(huà)碳并不👉适用。本(běn)文提出🔞了針對(dui)超臨界二氧化(hua)碳工質的孔💛闆(pan)流量計結構參(cān)數推薦範圍,在(zài)該範圍内絕大(da)多🔴數計算結果(guǒ)相對誤差小于(yú)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(yao)求。
　　伴随着經濟(jì)社會的不斷發(fā)展,我國發電機(ji)組在發電效率(lü)🙇‍♀️、能源結構、環境(jing)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(yi)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(zai)聯合國-般性辯(biàn)論會.上承諾[2],中(zhōng)國碳排🚶‍♀️放量力(li)争分别于2030年和(hé)2060年前實現達峰(feng)和中和,作爲一(yī)種變革性火力(lì)發電技術超臨(lin)界二氧化碳循(xun)環是實現能源(yuan)結構轉型進程(chéng)中的重要手段(duàn)。
　　随着“雙碳”目标(biāo)的逐步落實，超(chao)臨界二氧化碳(tàn)(溫度高☎️于💃303.98K、壓力(li)高于7.38MPa)被廣泛應(yīng)用,其作爲工質(zhì)的布雷頓循環(huán)具有🏃‍♂️極高的熱(rè)⛹🏻‍♀️源适用性,可應(yīng)用于太陽能、核(he)能、餘熱等多種(zhong)場景。且✉️由于超(chāo)臨界二🔞氧化碳(tàn)密度大、黏性小(xiao)、壓縮性好、循環(huan)過程無相變，相(xiàng)比于傳統💚水工(gong)質,超臨界二氧(yǎng)化碳循環珂以(yi)實現更高的循(xun)環效率,Dostal等[3]指👄出(chū)在透平人口工(gong)質溫度高于550℃條(tiáo)件下♉,超臨界二(èr)🥵氧化碳循環發(fā)電系統性能顯(xiǎn)著高于水🌂循環(huan)系統。此外，配合(he)👌間歇性、随機性(xìng)強的可再生能(néng)🌈源供電以保障(zhang)社會用電穩定(ding)㊙️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(diǎn)也使其更能滿(man)足未來火力發(fa)❗電的💜深度調峰(fēng)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(lin)界二氧化碳主(zhu)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(dī)的場景,而超臨(lín)界二氧化碳循(xún)環系🔴統需要二(èr)氧化碳工質達(dá)到極高的溫度(dù)與壓力,二💰氧化(hua)碳的密度、比熱(re)、黏度等物性參(can)數發生了顯著(zhe)變化,對于該條(tiao)件下二氧化碳(tan)流量測量,傳統(tong)流量✔️測量方法(fa)将不再适💋用。孔(kong)闆流量計是--種(zhong)技術成熟且适(shì)合于高溫高壓(ya)流體流量測:量(liàng)的方法,經過多(duo)年發展孔闆流(liu)量計已形成标(biāo)準化形式,主要(yào)包括兩部分,分(fèn)别是具有直角(jiǎo)邊緣的-段節流(liu)孔,以及在節流(liú)孔後具有一斜(xié)角的錐形擴流(liú)段,其結構如圖(tú)1所示。然而有關(guan)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(jì)方案,國内外并(bìng)無經驗借鑒。因(yin)此需要針對超(chāo)臨界二氧化碳(tàn)♋工質的全新特(tè)性,探💋究孔闆結(jié)構參🌈數的變化(huà)對于流量系數(shu)的影㊙️響,同時驗(yan)證現有标準中(zhōng)的相關規定對(dui)于超臨界二氧(yang)化碳工質是否(fǒu)适用。.
　　我國學者(zhe)采用數值模拟(nǐ)爲主,實驗驗證(zhèng)爲輔的研究方(fāng)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(gòu)參數⚽對孔闆流(liu)量計的影響研(yan)究。孔闆直徑比(bi)、厚度等參數會(hui)顯著影響孔闆(pǎn)的節流特性,從(cong)而影響流量計(jì)的計量性能。當(dang)直徑比小于0.3時(shí),流量系數随直(zhí)徑比增加而快(kuai)速下降❌,當直徑(jing)比大于0.3時，流量(liang)系數逐漸遞增(zeng),但增速較緩;直(zhi)徑比在0.2~0.8範圍内(nei)時，流量系數♌随(suí)β增大呈先減小(xiǎo)後增大的趨勢(shì),并以0.55爲分界點(diǎn),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(bǐ)不同,流量系數(shù)随孔闆厚度的(de)變化✔️特性較--緻(zhi)。厚度e增加，流出(chū)系數直線上升(sheng);林棋等人[4-5]也認(rèn)爲流出系數🐪随(suí)縮徑孔厚度增(zeng)大而增大;在模(mo)型中📱考慮了引(yǐn)壓管的存在,結(jié)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(bú)斷優化的算法(fa)以及不斷更新(xīn)擴充的實驗數(shu)據庫等都保證(zhèng)了數值模拟研(yán)究的正确率與(yu)精度,因而逐漸(jiàn)成爲主流研究(jiu)方法之一。孔闆(pan)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(mo)拟方法可以🆚有(yǒu)效捕捉到管道(dào)内✨部的細微變(bian)🧡化,因此是孔闆(pan)流量計研究的(de)有力工具。部分(fen)學者🔴利用數值(zhí)模拟對孔闆流(liu)量計結構進行(háng)了優化🥰設計。利(lì)用Fluent模拟了一種(zhong)半🐉雙曲線型的(de)新式😍孔闆流量(liàng)計,并同😄時利用(yòng)牛頓流體和非(fei)牛頓流體進行(háng)驗⛹🏻‍♀️證，發現這種(zhǒng)🤩流量計⭕可使内(nèi)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(dòng)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(shao)壓力損失,并利(lì)用🐪數值模拟和(hé)遺傳算法優化(huà)結構,可減少33.5%的(de)壓力損失,極大(da)的降低了能耗(hào)和成本。
　　因此,本(běn)文進行了孔闆(pan)流量計結構參(can)數對于流量系(xi)🔴數影響的模拟(nǐ)研究,包括直徑(jing)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(yang)化碳工質典型(xing)工況下不同結(jié)構參數🏃‍♀️對流量(liàng)系數的影響🔞,同(tong)時将通過現行(hang)孔闆流量計🐆國(guo)際标準文件中(zhong)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(chū)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(jian)範圍與推薦設(shè)計值,提升了其(qí)測⭐量精度。除此(cǐ)之外，還☀️探究了(le)孔闆人口直角(jiao)邊緣鈍化對孔(kǒng)闆流量計測量(liàng)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(jīng)驗公式計算得(dé)到的流量系數(shù)的修正系數。
1.計(ji)算模型與模拟(nǐ)方法
1.1模型建立(lì)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(yu)參數🏒要求，本文(wén)分别建立了DN25和(hé)DN200兩種管徑的孔(kǒng)闆流量計,結構(gòu)參🌏數如✌️表1所示(shì),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(can)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(jǐ)何模型,如圖2所(suo)示✔️。
 
 
　　本文采用非(fei)結構化網格進(jin)行模拟計算,利(lì)用AnsysMeshing軟件将孔闆(pǎn)🏃流👈量計管道劃(hua)分爲四面體網(wang)格和六面體網(wǎng)格相結合的混(hùn)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(jie)質與管道内壁(bì)接觸處進行邊(bian)界層的網格劃(huà)分，采用平滑過(guo)渡法,第一層高(gāo)度根據面網格(gé)和過渡比進行(hang)确定🐇,最大層數(shu)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(dòng)更有效，結果如(rú)圖3所示。
 
　　爲提高(gao)節流孔闆内部(bù)及其到前後取(qu)壓截面處的模(mo)拟😍精度,利用影(yǐng)響球對孔闆前(qian)後長度爲D的流(liu)場範圍⭕内進♊行(háng)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(jia)大計算工作量(liang),降🚶低計算速度(dù)。本文對💘DN25和DN200兩種(zhǒng)管♌徑不同的管(guan)道進行網格數(shu)量與計算結果(guǒ)無關性🌐的驗證(zhèng)，綜合計算精度(dù)與計算速度考(kao)慮,對于DN25管道,選(xuan)取網格數分别(bie)爲956036和1190483時⛹🏻‍♀️,在各點(diǎn)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(cheng)序參數設置
1.2.1物(wu)性參數設置
　　Refprop軟(ruan)件由NIST開發，該軟(ruǎn)件含有豐富的(de)數據庫以及适(shi)用✔️于😍超臨界CO,的(de)多個狀态方程(cheng)。本文通過在Fluent軟(ruan)件中激活NISTRealGas模型(xing)[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(tiáo)件設置
　　本文針(zhen)對超臨界二氧(yǎng)化碳鍋爐人口(kou)處的循環工質(zhi)進🔴行流量🐕系數(shù)測量的數值模(mo)拟研究,設置了(le)質量流㊙️量人口(kǒu)與壓力出口,溫(wēn)度、壓力等參數(shù)的選取爲超臨(lín)界二氧化碳鍋(guo)爐入口處工質(zhì)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(wei)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(bu)變;由于超臨界(jiè)二氧化碳鍋爐(lú)人口處管道一(yi)般采取嚴格保(bao)溫措施,因此可(kě)忽略壁面與工(gōng)質間的換熱,設(she)置爲絕熱邊界(jiè)。
1.2.3數值模型設置(zhì)
　　本文主要模拟(nǐ)超臨界二氧化(huà)碳工質流經孔(kǒng)闆流量計☎️的🐆流(liu)動過程,基本方(fāng)程包含質量、動(dòng)量和能量輸運(yun)方程🌈,由雷諾數(shù)的定義公式
 
　　計(ji)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(dà)于4000,因此管道内(nei)的流動均處于(yú)湍流狀态,在進(jìn)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(zhì)
　　FLUENT中的亞松弛因(yīn)子主要控制計(jì)算過程中每次(ci)叠代的變化量(liàng),可以通過減少(shǎo)兩層次之間計(jì)算.結果的差值(zhi)從而促進收斂(lian)。本文設置的亞(yà)松弛因子如表(biǎo)3所示。
 
1.3模型的驗(yan)證
　　基于上述設(shè)置，本文針對溫(wēn)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(ni)的孔闆結構參(cān)數、溫度、壓力、流(liú)量等參數以及(ji)數據處理方法(fa)均與實驗保持(chí)--緻,得到了㊙️超臨(lín)界二氧化碳工(gōng)質的流量系數(shu)。将模拟計算得(de)到的流量系數(shù)與實流測量結(jié)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(xiang)對于實驗數據(jù)的偏差較小,偏(piān)差爲1.62%~2.69%。
 
　　造成偏差(chà)的原因可能有(you)多種,如實驗選(xuan)用測量儀表具(jù)有一定的不确(què)定度、模拟參數(shù)的設置無法與(yu)真實情況完全(quan)對應、收斂判據(jù)設置不嚴格等(deng)等。爲了降低模(mó)拟結果與實驗(yàn)數據的偏差,本(ben)文分别按各模(mó)拟結果相對同(tong)工況下實驗數(shu)據的偏差平均(jun)值進行修正。模(mo)拟得到流量系(xi)數相對實驗數(shu)據平🌐均增大0.013,因(yin)此對模拟結果(guo)減去🚩該修正值(zhí),修正後相對偏(piān)差爲0.016%~0.674%。
上述結果(guo)說明數值模拟(ni)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(hòu)續進一步的研(yán)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(huì)顯著影響孔闆(pǎn)對于介質流過(guo)的節流效果,改(gai)變介質流過的(de)速度、壓力等參(can)數,是影響孔闆(pǎn)流量計測🤞量性(xing)能的首要因素(su)。ISO國際标準中規(gui)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(shi)。
對數據進行分(fen)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(sui)着孔闆👅直🌍徑比(bǐ)增大,DN25和DN200管道内(nei)孔闆流量系數(shu)呈現近似相同(tong)變💁化趨勢;上👈升(sheng)-平穩-.上升,主要(yào)區别在🔞于前者(zhě)在β爲0.4~0.8範圍内較(jiao)平穩、而後者在(zai)0.5~0.8範圍内較平穩(wěn);
(2)标準文件[10]中經(jīng)驗計算公式的(de)結果随直徑比(bǐ)增加🔞而☔逐漸下(xià)降,其中直徑比(bǐ)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(kǒng)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(jīng)驗計算公式會(huì)使測量結果較(jiào)真實值大2.45%~47.03%;β在0.7~0.9時(shi)孔闆流量系數(shu)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(liú)量系💞數的模拟(ni)🤞結果與經驗公(gōng)式計算結果的(de)相對誤差波動(dong)較大,如對DN25管道(dao)而言,β爲0.3時相對(dui)偏差達到47.03%,而β爲(wèi)0.7時相對偏差僅(jǐn)爲0.5%。因此對于超(chao)臨界二氧化碳(tan)工質而言，孔闆(pǎn)直徑比㊙️的選擇(ze)範圍應較标準(zhǔn)規定範圍縮小(xiǎo);對于超臨界二(er)氧化碳工質而(er)言,直徑比在0.6~0.7範(fan)圍内時孔✔️闆流(liú)量系數的模🏃拟(ni)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(dui)誤差爲0.5%~2.45%,DN200管㊙️道相(xiang)對誤差爲2.27%~3.6%。
 
2.2節流(liu)孔厚度的影響(xiang)
　　孔闆節流孔厚(hòu)度決定了超臨(lín)界二氧化碳工(gōng)質流過收⛹🏻‍♀️縮管(guan)道的長度,是影(yǐng)響孔闆節流能(néng)力的主要參數(shu)之一，會對工質(zhì)流過孔闆的流(liu)速、壓力等參數(shù)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(zhi)間,對應DN25管道的(de)e應在0.115~0.46mm,DN200管道的e應(ying)在0.695~2.78,本文👈分别模(mó)拟了DN25管道e爲0.1~0.7mm、DN200管(guan)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(pǎn)🌍的流量系數變(bian)化,爲便于對比(bǐ),以e/D爲橫坐标将(jiāng)結果表示💞在圖(tú)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(xiān)減小後增大的(de)趨勢，分别在e/D爲(wei)0.017和0.023時達到最小(xiǎo)值，此後流量系(xì)數先急劇增大(dà),随💯後保持平緩(huǎn)增長;
(2)标準文件(jian)[I0]中經驗計算公(gōng)式的結果不随(suí)節流孔厚度而(er)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(xiǎo)于經驗公式計(ji)算結果,其中前(qián)者的相對誤差(chà)爲0.18%~1.84%,後者的相對(duì)誤差爲0.31%~2.05%;
(3)在标準(zhun)文件[10]規定孔闆(pǎn)節流孔厚度範(fan)圍内,孔闆流量(liang)系數模拟結果(guǒ)與經驗公式的(de)相對誤差均在(zài)2%以下,因此标準(zhun)中規定的孔闆(pǎn)節流孔厚度範(fàn)圍可以接受;同(tóng)時還發現當節(jie)流孔厚度超過(guò)規定範圍一定(ding)值後,相對誤差(cha)仍可接受,甚至(zhi)相對誤差還可(ke)能🌏減少，如DN25管道(dào)的e爲0.6mm、0.7mm時,均超出(chu)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(cǐ)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(gōng)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(huà)，DN200管道在0.005D~0.03D範圍内(nèi);
(4)基于模拟結果(guo)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(shi)，相對🔴誤差小于(yu)1.5%;DN200管道孔闆在e/D爲(wèi)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(xiǎo)于等于👉1.5%。
2.3孔闆厚(hòu)度的影響
　　由圖(tú)1可知，标準孔闆(pǎn)在節流孔之後(hòu)還設置一定長(zhang)度的錐🌐形擴流(liú)段,與節流孔段(duàn)共同組成孔闆(pan)的節流段,該擴(kuo)流段👣長度也會(hui)對孔闆的節流(liu)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(can)數,對測量精度(dù)産生影響。标準(zhun)文件[10]規定孔闆(pan)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(hou)度不變的情況(kuàng)下，分别設置了(le)💋不同的孔闆厚(hou)度用以探究流(liú)量系數的變化(huà),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(shi)🔞。
 
對數據進行分(fen)析可知:
(1)孔闆流(liú)量系數随E/D的變(biàn)化趨勢與管徑(jìng)無關。随着E/D逐漸(jiàn)增🛀🏻加,DN25管道和DN200管(guan)道内孔闆流量(liàng)系數呈現近似(si)相同的變化趨(qu)勢:即下降上🔞升(sheng)-平穩-下降,主要(yào)區别在于DN200管道(dào)♈内孔闆流量系(xi)數下降✨和上升(shēng)的趨勢更加明(ming)顯;
(2)流量系數經(jing)驗計算公式的(de)結果不随孔闆(pǎn)厚.度而發生變(biàn)化，其中DN25管道的(de)經驗公式計算(suan)結果偏大--些,DN25和(he)DN200管道的流量❌系(xì)數㊙️均小于經驗(yan)公式計算值,因(yin)此當使用經驗(yàn)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(lín)界二氧化碳工(gong)質可㊙️适當擴充(chōng),如模拟結🌐果所(suǒ)示，當DN25和DN200兩種管(guǎn)🔞徑的孔闆厚度(dù)E達到0.06D左右時，雖(sui)🎯然已經超出了(le)規定的0.05D這一限(xian)值,但相對誤差(chà)仍小于2%，處于可(kě)接受的範圍,但(dàn)依據變化趨勢(shi)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(chāo)臨界🔴二氧化碳(tan)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(xi)數随各☁️結構參(cān)數的變化趨勢(shì)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(bèi)和管理通則》中(zhong)的精度規定，，給(gei)出了針對超臨(lín)界二氧化💛碳工(gōng)質的孔📱闆流量(liang)計結構參數推(tuī)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(zú)2.5精度等級要求(qiú),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(guo)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(jie)二氧化碳工質(zhi)而言,标準文🙇‍♀️件(jian)[10]規定的孔🙇‍♀️闆流(liú)量計各結構參(cān)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(dà),對應的流量系(xì)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(wù)差有效降低至(zhi)0.5%~3.6%;在标準文件[10]規(guī)定的節流孔厚(hòu)度、孔闆厚度等(děng)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(xià)，因此其規定範(fàn)圍可以👌繼續使(shi)用,同時本文的(de)數值📐模拟結果(guo)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(wu)差也僅爲2%左右(yòu)，因此對于超臨(lin)❓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(du)上超出标準中(zhong)的規定範圍，相(xiàng)對誤差🔴也📞可接(jiē)受。
3入口直角邊(biān)緣尖銳度及其(qi)修正系數的模(mo)拟研究
　　一般而(er)言,孔闆人口邊(biān)緣應該是尖銳(rui)的,其與超臨💜界(jie)☁️二氧化碳工質(zhi)首先直接接觸(chu),如果其尖銳度(dù)不夠的💚話則🔴無(wu)法保證對于工(gōng)質的節流作用(yong)達到預期,因而(er)會對測💛量精度(du)産生影響。在孔(kǒng)📧闆實際工作過(guo)程:中,可能存在(zài)加工精度不❤️足(zú)、工質磨損、腐蝕(shi)等問題的存在(zài),造成直角邊緣(yuan)變鈍,故标準文(wen)件[10]規定🥵,孔闆人(ren)口邊緣的圓弧(hu)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(chāo)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(rén)口邊緣✨圓弧半(bàn)徑爲0~0.015D時☀️孔闆的(de)流量系數變化(hua)趨勢,結果如圖(tu)8所示。
 
分析結果(guo)可以得出:
(1)孔闆(pan)人口邊緣尖銳(rui)度對于孔闆流(liú)量系數的影響(xiǎng)趨勢📱與管徑無(wú)關。随着孔闆人(rén)口邊緣逐漸變(bian)鈍,DN25和DN200兩種管道(dào)的孔闆流量系(xi)數呈現近似相(xiang)同的變化趨勢(shi)，均随着人口圓(yuan)弧半徑的增大(da)而👨‍❤️‍👨先增大後減(jian)小,分别在📧r達到(dào)0.01D和0.008D時流量系數(shù)達到最大㊙️;
(2)孔闆(pan)人口邊緣開始(shǐ)鈍化時,流量系(xì)數顯著增加,遠(yuan)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(de)到的工質質量(liàng)流量相對真實(shí)值很小，其中DN25管(guan)道内相對誤差(chà)爲‼️5.16%~12.61%,DN200管道的相對(duì)誤差爲5.13%~11.96%;
(3)對于超(chao)臨界二氧化碳(tan)工質而言,當孔(kong)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(biāo)準文件[10]給出的(de)不同邊緣尖銳(rui)度對應的修正(zheng)系數b進行孔闆(pǎn)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(wù)差。本文使用表(biao)5中的修正系數(shu)b對經驗公式計(ji)算結果進行修(xiū)正,結果如圖9所(suǒ)示。
 
 
　　結果顯示，對(duì)于超臨界二氧(yǎng)化碳工質而言(yan),當使用修正系(xì)數b進⭐行孔闆流(liu)量系數的修正(zhèng)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(xia)相對誤差仍比(bi)較⭕大,如DN25管道多(duo)數情況💋下的流(liú)量系數相對誤(wù)差在4.41%~6.94%之間,DN200管道(dao)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(chao)臨界二氧化碳(tan)工🔆質并不适用(yòng)。
　　對DN25和DN200管道的模(mó)拟流量系數及(jí)經驗公式計算(suàn)結果🌈求平🤟均🔴,得(dé)📞到針對超臨界(jiè)二氧化碳工質(zhì)的不同孔闆邊(bian)✂️緣尖⭕銳度對應(ying)🐕的修正系數b,如(ru)表6所示。将更正(zheng)的修正系數應(yīng)用于模拟數據(jù)，結果如圖10所示(shi)。
 
　　可以看出,當使(shǐ)用更正後的修(xiū)正系數b進行孔(kong)闆的👌流♋量系數(shu)經驗公式計算(suàn)結果的修正後(hou),得到的流量系(xi)數與模拟結果(guo)拟合較好,其中(zhōng)DN25管道相對誤差(chà)🧡爲0.11%~1.21%,DN200管道相對誤(wu)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(mo)拟研究，探究了(le)⁉️孔闆的🛀🏻各結構(gòu)參數對超臨:界(jiè)二氧化磯工質(zhì)流量系數的影(ying)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(duì)流量系數的影(ying)響,得到的主要(yao)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(dà)範圍内波動,對(duì)于超臨界二氧(yang)💁化碳工質并不(bú)🙇‍♀️适用。
(2)本文針對(dui)超臨界二氧化(hua)碳工質提出了(le)孔闆.流量計結(jie)構✏️參數推薦設(she)計範圍,其中直(zhí)徑比應爲0.6~0.7,節流(liú)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(bèi)的管道内徑,在(zài)該範🏒圍内絕大(da)多數工況下流(liu)量系數的相對(dui)誤差可控制在(zài)2%以下;
(3)孔闆人口(kǒu)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(xiàng)對誤差降低至(zhi)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(hòu)經驗公式的相(xiàng)對誤差降💚低爲(wèi)0.11%~1.85%。

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