摘要(yao):多孔孔(kong)闆差壓(yā)式流量(liang)計 因其(qi)快速平(ping)衡調整(zhěng)流場和(hé)有效降(jiàng)低壓力(li)損失等(děng)能力得(dé)到👅廣泛(fàn)應用,但(dan)其尚缺(que)乏完整(zhěng)的結構(gou)參數設(she)計和性(xìng)🌂能優化(hua)設計準(zhun)則。針對(dui)提出的(de)對稱多(duo)孔孔闆(pǎn)差壓式(shì)流量計(ji)進行實(shi)流❗試驗(yàn),研究其(qí)計量性(xìng)能并與(yu)數值模(mó)拟結果(guo)進行對(dui)比分析(xī),結果表(biǎo)明,對稱(cheng)多孔孔(kong)闆差壓(yā)式流量(liang)計可有(you)效提高(gāo)計量精(jīng)度(+0.5%)、降低(dī)壓力損(sǔn)失⭐,具有(yǒu)更好的(de)适應性(xing),試驗結(jié)果🐪與數(shù)值模拟(nǐ)結果具(jù)有一緻(zhi)性🙇🏻,驗證(zhèng)了數值(zhi)模拟的(de)正确🚶‍♀️性(xìng)⚽并對新(xīn)型流量(liang)計㊙️進行(háng)了标定(dìng)，研究結(jié)果可有(yǒu)效拓寬(kuan) 多孔孔(kǒng)闆流量(liàng)計 的應(ying)用範圍(wei)。
0引言
　　流(liú)量計量(liàng)是工業(ye)生産的(de)眼睛,廣(guǎng)泛應用(yòng)于科學(xué)研究、工(gong)農業生(shēng)産、國防(fang)建設以(yi)及人民(mín)生活等(deng)領域，諸(zhu)多流🌈量(liàng)計中,傳(chuán)統差壓(ya)式流量(liang)計因其(qí)結構簡(jian)單、成本(běn)低、實驗(yan)數據豐(fēng)富、标準(zhǔn)化程度(du)高等優(yōu)點,應用(yòng)最爲廣(guǎng)泛。但在(zai)實際應(yīng)用中很(hěn)多工況(kuang)條件無(wu)法滿足(zu)測量要(yao)求(如低(dī)于标準(zhǔn)中推薦(jiàn)的雷諾(nuò)數範圍(wei)、測量介(jie)質中混(hùn)有泥📱沙(sha)等),進而(er)限制了(le)其應用(yong)範圍。
　　在(zai)這些情(qing)況下,非(fēi)标準 差(cha)壓式流(liu)量計 得(dé)到快速(sù)發展和(he)進一步(bù)的應用(yòng)，目前最(zui)具代表(biao)性的非(fei)标準差(chà)壓式流(liú)量計主(zhǔ)要有錐(zhuī)形流量(liang)計和多(duō)孔孔闆(pǎn)流量計(jì)多孔孔(kong)闆流量(liàng)計不但(dan)繼承了(le)标準孔(kong)闆流量(liàng)計的優(yōu)點，而🐇且(qiě)能夠快(kuai)速平👉衡(heng)調整流(liú)場✊，明顯(xiǎn)減少渦(wō)流、降低(di)🌈死區效(xiao)應、減少(shao)流體🐉動(dòng)能損失(shi)✊,在國際(ji)上引👄起(qi)廣泛關(guān)注，自2006年(nian)被引進(jìn)我國市(shì)場以🐪來(lai),得到廣(guang)泛應用(yòng)。但因涉(shè)及商💜業(ye)機密,多(duō)孔孔闆(pan)流量計(ji)的結構(gou)參數㊙️與(yu)流出系(xì)數等計(jì)算公式(shì)未曾公(gong)開⚽。爲了(le)掌握該(gāi)流量計(jì)的核心(xin)技術,國(guo)内科研(yán)技術人(ren)員對其(qí)進行了(le)大量研(yán)究，主要(yào)集中于(yú)孔闆結(jié)構參數(shù)優化及(ji)計量🈲性(xing)能等方(fang)面.[448。目前(qian),實際應(ying)用中要(yào)根據不(bú)同測量(liàng)條件來(lái)設計流(liu)量計，缺(que)乏完整(zheng)的結構(gou)參數設(she)計和性(xing)能優化(hua)設計準(zhǔn)✌️則指導(dao)。
　　對多孔(kǒng)孔闆流(liu)量計進(jin)行了大(da)量的研(yan)究工作(zuò),結合多(duō)✂️孔整流(liu)器和标(biao)準孔闆(pǎn)聯合使(shi)用的測(ce)量原理(li),提💚出了(le)一種對(duì)稱多孔(kǒng)孔闆‼️差(cha)壓式流(liú)量計的(de)設計方(fāng)法(即在(zai)中心節(jiē)流孔周(zhōu)🔞圍均勻(yun)⚽環形分(fèn)布若幹(gàn)孔),采用(yòng)CFD數值模(mó)拟預測(ce)了其内(nèi)部流場(chǎng),并研究(jiu)了孔數(shu)量❓對多(duō)孔孔闆(pǎn)流量計(ji)流場特(tè)性的影(yǐng)響規律(lü)[920但數值(zhi)模拟隻(zhi)能爲研(yán)究提供(gòng)方向性(xìng)的指導(dǎo)，并不能(néng)很好的(de)指導實(shi)際生産(chǎn)。本文基(jī)于數值(zhí)模拟結(jié)果搭建(jiàn)對🔞稱多(duo)孔孔闆(pǎn)差壓式(shì)流量計(jì)實流标(biao)校試♻️驗(yàn)平台,對(dui)其計量(liàng)性能進(jin)行試驗(yàn)研究，檢(jian)驗了CFD設(shè)計成果(guǒ)的有效(xiao)性,并對(dui)新型流(liú)量計進(jìn)行了标(biao)定。
1多孔(kǒng)孔闆流(liu)量計
　　課(ke)題組提(tí)出并設(she)計的多(duō)孔孔闆(pan)流量計(jì)結合了(le)多孔整(zheng)流器和(he)标準孔(kong)闆的測(cè)量原理(li),基本結(jie)構爲在(zai)節流闆(pǎn)中心一(yī)個圓🌂孔(kong)的基礎(chǔ)上,對稱(cheng)分布數(shu)量不等(deng)的圓孔(kong),如圖💚1所(suǒ)示,均勻(yún)分布的(de)圓孔的(de)總面積(ji)和标準(zhun)孔闆的(de)開孔面(miàn)積相等(děng)。流量計(jì)整體結(jie)構如圖(tu)2所示。

　　多孔孔(kǒng)闆流量(liang)計的測(ce)量原理(lǐ)是以能(neng)量守恒(heng)定律和(hé)質量守(shou)恒🆚定律(lü)爲基礎(chu)的,即在(zài)流量檢(jian)測時,所(suǒ)測介質(zhi)流過圓(yuan)孔的同(tóng)時進💔行(hang)流體整(zheng)流，減小(xiao)節流裝(zhuang)置後形(xing)成的渦(wo)流,形成(cheng)較穩定(dìng)的紊流(liu)(近似理(lǐ)想流體(ti)),從而獲(huo)得穩定(dìng)的差壓(yā)信号🏃🏻‍♂️,根(gen)據伯努(nu)利方程(cheng)計算出(chu)流體的(de)流量:

式(shì)中:Q爲介(jie)質流量(liàng);K爲儀表(biǎo)系數;Y爲(wèi)膨脹系(xi)數;△p爲差(cha)壓值(Pa);ρ爲(wei)📱介質🔴工(gong)況密度(dù)。
2數值模(mó)拟
　　針對(duì)設計的(de)對稱多(duō)孔孔闆(pan)差壓式(shi)流量計(ji),分别對(dui)開孔數(shù)量爲1.4、5.7(孔(kǒng)的分布(bù)位置如(rú)圖3所示(shì),參數如(rú)表1所示(shi))的流量(liàng)計采用(yong)CFD數值模(mo)拟技術(shu)分析了(le)其内部(bù)流場情(qing)況,如圖(tú)4所示，研(yán)究⛹🏻‍♀️了孔(kǒng)數量對(dui)多孔孔(kǒng)闆流量(liàng)計流場(chang)特性的(de)影響💔規(gui)律,得出(chu)對稱多(duō)孔孔闆(pǎn)差壓✉️式(shì)流量計(jì)具🌈有可(kě)降低節(jie)👅流件前(qián)後渦流(liú)、快速平(píng)衡内部(bu)流場(前(qián)後🈲直管(guan)段要求(qiú):前1D~3D,後0.5D~1D,其(qí)中D爲通(tōng)流直徑(jing))、提高測(cè)量精度(du)、降💯低壓(yā)力損失(shī)、适應性(xìng)更好的(de)優點，随(sui)🚶着孔數(shù)量的增(zēng)加壓力(li)損失逐(zhú)漸降低(dī)、流出系(xì)數提高(gāo)的結論(lùn)。
3試驗标(biāo)校平台(tái)的組成(chéng)
　　爲了驗(yàn)證數值(zhi)模拟的(de)正确性(xing),搭建對(duì)稱多孔(kong)孔闆🏃‍♂️差(cha)壓式☀️流(liú)量計試(shì)驗标校(xiao)平台,由(you)對稱多(duo)孔孔闆(pǎn)差壓式(shì)流量計(ji)、截止閥(fa)、 差壓變(bian)送器 、流(liú)量調節(jiē)閥、 電磁(ci)流量計(ji) 、水泵和(he)水槽及(ji)管路系(xì)統組成(chéng),如圖5所(suo)示,其中(zhong)對稱多(duō)孔孔闆(pǎn)差👄壓式(shì)流量計(jì)和電磁(ci)流量計(jì)與試驗(yàn)管道均(jun)通過法(fa)蘭連接(jie)。試驗過(guo)程中,流(liu)量計工(gong)裝示意(yì)圖如圖(tu)6所示。
　　工(gong)作原理(li)如下:通(tōng)過試驗(yàn)管路變(biàn)頻調速(sù)水泵及(jí)上遊🤟側(cè)流量調(diào)節閥開(kai)度的适(shi)當調節(jiē),獲得流(liú)速0~7m/s連續(xù)可調的(de)流體介(jiè)💯質,并采(cǎi)用♌高精(jing)度電磁(ci)流量計(jì)(作爲标(biāo)準器💞具(ju),精度+0.2%R)測(cè)量實際(ji)流量💜(流(liú)速),利用(yòng)高準.确(que)度差壓(ya)變送器(qi)(EJA110E系列、量(liang)程0~100kPa、精度(dù)+0.065%FS)測量壓(yā)差值及(ji)壓力損(sǔn)失值。
　　爲(wei)了與數(shu)值模拟(nǐ)結果進(jìn)行比較(jiao),相應設(shè)置保持(chí)一緻🌈性(xing):介質采(cǎi)🤟用水(環(huan)境溫度(dù)5℃~45℃)、濕度35%RH~95%RH、大(dà)氣壓力(lì)86kPa~106kPa,流速(0.2、0.3、0.5、0.8.1.0.1.2.1.5m/s)，管(guan)路規🧑🏾‍🤝‍🧑🏼格(ge)DN80(節流元(yuán)件上下(xià)側直管(guǎn)段長度(dù)約爲5m,充(chong)分保證(zheng)了多📐孔(kǒng)平衡流(liú)量計測(ce)量中對(dui)前後直(zhi)管段研(yan)究的要(yao)求),取壓(ya)方式爲(wèi)法蘭取(qǔ)壓(上下(xià)遊取壓(yā)孔軸線(xian)距離多(duō)孔流🐕量(liàng)計節流(liu)件上下(xià)遊端面(mian)均爲25.4+0.5mm)。其(qi)他參數(shù)爲介質(zhi)水👄密😍度(du)ρ=998.403kg/m3、動力粘(zhān)度1.0mPa.s、流東(dōng)膨脹系(xi)數e=1。實流(liú)試驗現(xian)場如圖(tú)7所示💯，試(shì)驗用對(duì)稱多孔(kǒng)✏️孔闆差(cha)壓式流(liu)量計如(ru)圖8所示(shì)。

4試驗結(jie)果分析(xī)
　　按要求(qiu)搭建試(shi)驗标校(xiào)平台,進(jin)行實流(liu)試驗,獲(huo)得流量(liang)計試驗(yàn)的差壓(ya)與壓力(lì)損失值(zhi),如表2所(suo)示，并與(yǔ)數值模(mó)✉️拟結果(guo)進行對(dui)比,爲㊙️了(le)更爲直(zhí)觀和分(fen)析的方(fāng)便,将不(bu)同開口(kǒu)數量流(liu)量計的(de)壓力損(sun)失值繪(huì)制成曲(qu)線,如圖(tú)9所示。

　　由圖(tú)9可以看(kàn)出，對稱(chēng)多孔孔(kǒng)闆差壓(ya)式流量(liàng)計的壓(ya)力損失(shī)比标準(zhǔn)孔闆流(liu)量計的(de)要小一(yi)些，并且(qiě)随着孔(kong)數的增(zēng)♻️加壓力(li)損失呈(cheng)現逐漸(jian)減小的(de)趨勢。
　　流(liú)出系數(shù)是評價(jia)節流式(shì)儀表性(xìng)能的最(zui)重要參(can)數之⭕

　　爲(wèi)實際流(liu)量與理(lǐ)論流量(liang)的比值(zhi),是統計(jì)量,受設(she)計、制㊙️造(zao)🔞、安裝及(jí)使用條(tiao)件的影(ying)響。根據(ju)不可壓(yā)縮流體(tǐ)的連續(xu)性方程(cheng)和伯努(nǔ)利方程(chéng),定常流(liú)體的體(tǐ)積流量(liàng)爲:


注:每(mei)點标準(zhǔn)表數值(zhí)Q、差壓值(zhi)△P、壓損值(zhí)δ記錄3次(ci),爲了節(jie)省篇幅(fu)🏃,取🐅其平(píng)均值進(jìn)行表格(ge)相應欄(lán)的填寫(xie)
　　式中:C爲(wèi)流出系(xì)數,無量(liàng)綱;β爲等(deng)效直徑(jing)比，無量(liang)綱(β2=A0/A,其中(zhōng)A0爲孔闆(pan)節流孔(kǒng)開孔面(mian)積,A爲管(guan)道截面(miàn)面積);d爲(wèi)孔闆節(jie)流孔等(děng)效直徑(jìng)💁;△p爲壓🏃🏻差(chà);q,爲體積(ji)流量;ρ爲(wèi)流體介(jiè)💋質密度(du)♊。
依據式(shi)(2)，确定流(liu)出系數(shu)C的數值(zhí):

　　結合實(shi)驗數據(jù)和式(3)得(de)不同開(kai)口數量(liàng)流量計(ji)的流出(chu)系數,如(ru)💞表3所示(shì),爲了與(yu)數值模(mo)拟結果(guo)進行直(zhi)觀對比(bi)，将不同(tong)開口數(shù)量流量(liang)計的流(liú)出系數(shù)繪制成(cheng)曲線,如(ru)圖10所示(shi)。
　　由圖10可(kě)以看出(chu),對稱多(duō)孔孔闆(pǎn)差壓式(shì)流量計(ji)的流出(chu)系數比(bi)标準孔(kong)闆流量(liàng)計的要(yao)大一些(xiē)(對于标(biao)準🈲孔闆(pǎn),其試✨驗(yàn)範圍内(nèi)流出系(xì)數平均(jun1)值爲0.6140,對(dui)于多孔(kǒng)孔闆流(liu)量計其(qí)試驗範(fàn)圍内流(liú)出系數(shu)平均值(zhi)爲4孔孔(kǒng)闆0.6221、

5孔孔(kǒng)闆0.6268.7孔孔(kǒng)闆0.6346),随着(zhe)孔數增(zēng)加流出(chū)系數呈(cheng)現逐漸(jiàn)增大的(de)趨勢。
　　結(jie)合圖9和(he)10,試驗結(jie)果和數(shù)值模拟(ni)計算的(de)結果相(xiang)比,壓力(lì)損✍️失與(yǔ)流出系(xi)數的變(biàn)化趨勢(shi)完全一(yi)緻,但在(zai)數值上(shang)存在一(yī)定偏差(cha),誤差在(zài)8%。
流出系(xì)數的系(xi)統誤差(cha)e爲:

　　式中(zhong):C0爲理論(lun)流出系(xì)數，計算(suàn)方法依(yī)據國際(jì)标準IS05167--2003的(de)🏒規定;Ci爲(wei)實際流(liu)出系數(shù)的平均(jun)值。
　　若忽(hū)略管道(dao)制造和(hé)安裝誤(wù)差以及(ji)溫度、流(liú)體密度(dù)的✏️影響(xiǎng)🙇‍♀️,依據🈲式(shì)(3)可以得(dé)到:

　　對于(yu)電磁流(liú)量計(标(biāo)準表)精(jīng)度爲0.2級(ji),EJA110E高精度(du)壓差傳(chuán)🔴感🌈器🔆(變(biàn)送器)的(de)精度爲(wei)+0.065%,經計算(suan),流出系(xì)數的不(bú)确定度(du)爲4孔+0.467%、5孔(kong)士.0.439%.7孔+0.446%,即(ji)流出系(xì)數的誤(wu)差均不(bu)超過士(shi)0.5%,由此并(bìng)基于流(liu)出系數(shu)定義可(kě)見流量(liang)計的計(jì)量精度(du)爲0.5%。
5結論(lun)
　　本文對(duì)多孔孔(kǒng)闆差壓(ya)式流量(liàng)計進行(hang)了實流(liú)試驗🌏,分(fèn)析了标(biao)準孔闆(pǎn)與對稱(cheng)多孔孔(kong)闆流量(liang)計的計(jì)量性能(néng)㊙️并與數(shù)值☁️模拟(nǐ)結果進(jìn)行對比(bǐ),結論如(rú)下。
1)實流(liu)試驗結(jié)果與CFD數(shù)值模拟(ni)結果在(zai)趨勢上(shàng)體現出(chū)完全的(de)一緻性(xìng),但在數(shu)值上存(cún)在一定(dìng)的偏差(chà),因此CFD計(jì)算結果(guo)并不能(néng)完全代(dài)🈲替試驗(yàn)研究的(de)成果。但(dàn)是👉這種(zhong)偏🔴差并(bing)不是很(hen)大♉，作爲(wèi)工程上(shàng)的🏃🏻‍♂️估算(suan)其精度(du)能夠滿(man)足要求(qiú)。
2)通過對(duì)稱多孔(kong)孔闆差(cha)壓式流(liu)量計的(de)實流标(biāo)定,結果(guo)顯示流(liu)出系數(shù)C相對于(yu)标準孔(kǒng)闆流量(liàng)計有較(jiào)大的提(tí)高,量💯程(cheng)範圍大(da)大拓寬(kuan),是一種(zhǒng)可以應(yīng)用于實(shí)🛀🏻際測量(liàng)的新型(xing)流量計(ji)☎️産品。具(ju)體性能(neng)指标如(ru)下:精度(dù)+0.5%;前後直(zhi)管段要(yào)求爲前(qián)1D~3D,後0.5D~1D。
3)對稱(cheng)多孔孔(kǒng)闆差壓(yā)式流量(liang)計具有(you)壓力損(sun)失小、流(liu)出🌈系數(shu)高、适應(yīng)性好等(deng)特點，完(wán)全可以(yi)直接應(ying)用于工(gōng)程中目(mù)前該流(liu)量計已(yi)經在市(shì)場得到(dao)應用,一(yi)定程度(du)上拓寬(kuān)了其應(yīng)用範圍(wéi)

以上内(nei)容源于(yú)網絡，如(ru)有侵權(quán)聯系即(jí)删除!