摘(zhai)要:超臨(lín)界二氧(yǎng)化碳循(xún)環發電(diàn)技術采(cǎi)用超臨(lin)界狀态(tài)下☁️的二(èr)氧化碳(tan)代替傳(chuán)統水蒸(zhēng)氣工質(zhi),由于物(wu)🈲性發生(sheng)巨大變(bian)👨‍❤️‍👨化,質量(liàng)流量測(ce)量與計(jì)算方法(fa)需重新(xin)構建。本(běn)文開展(zhǎn)了孔闆(pǎn)流量計(jì) 數值模(mó)拟研究(jiu),使用fluent軟(ruǎn)件模拟(nǐ)計算了(le)孔闆直(zhi)徑比、節(jie)流孔厚(hou)度、孔闆(pan)厚度等(děng)結構參(can)數對流(liú)量系數(shu)的影響(xiǎng),結果表(biao)明現行(hang)标準🤩對(duì)超臨界(jie)二氧化(hua)碳并不(bú)适用。本(běn)文提出(chu)了針對(dui)超臨界(jie)二氧化(huà)碳工質(zhi)的孔闆(pǎn)流量計(ji)結構參(cān)數推薦(jiàn)範圍,在(zai)該範圍(wéi)内絕大(da)多💯數計(jì)算結果(guo)相對誤(wù)差小于(yu)2%,并針對(dui)入口邊(bian)緣鈍化(hua)⛱️提出了(le)新修😘正(zheng)系數,修(xiu)正後計(jì)算結果(guǒ)相對誤(wù)🔅差爲0.11%~1.85%,滿(man)足測量(liang)精度要(yào)求。
　　伴随(sui)着經濟(jì)社會的(de)不斷發(fā)展,我國(guo)發電機(ji)組在發(fa)電效率(lǜ)☀️、能源結(jié)構、環境(jing)效益等(děng)多方面(miàn)都面臨(lín)着轉型(xíng)升✊級的(de)嚴峻挑(tiāo)戰。中國(guó)在2007年已(yǐ)經成爲(wèi)全球溫(wen)室氣體(tǐ)第一大(dà)排放國(guó)家✔️川。習(xí)近平總(zǒng)書記在(zai)聯合國(guó)-般性辯(bian)論會.上(shàng)承諾[2],中(zhong)國碳排(pai)放量力(lì)争分别(bié)于2030年和(hé)2060年前實(shí)現👅達峰(fēng)和中和(he),作爲一(yi)種變革(ge)性火力(lì)發電技(ji)術超臨(lin)🏃‍♂️界二氧(yang)化碳循(xun)環是實(shi)現能源(yuán)結構轉(zhuǎn)🍓型進程(chéng)中的重(zhòng)要😘手段(duan)。
　　随着“雙(shuāng)碳”目标(biao)的逐步(bu)落實，超(chāo)臨界二(èr)氧化碳(tàn)(溫度高(gao)于303.98K、壓力(lì)高于7.38MPa)被(bèi)廣泛應(ying)用,其作(zuo)爲工質(zhì)的布雷(léi)頓循環(huán)具有極(jí)高的熱(rè)源适⚽用(yong)性,可應(yīng)用于太(tài)陽能、核(hé)🌐能、餘熱(re)等多種(zhǒng)場景。且(qie)由于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)密度大(da)、黏性小(xiao)、壓縮性(xìng)好、循環(huan)過程💋無(wu)相變，相(xiang)比于傳(chuan)統🌈水工(gōng)質,超臨(lin)界二氧(yang)化碳循(xun)環珂以(yǐ)實現更(geng)高的循(xun)📐環效率(lǜ),Dostal等[3]指出(chu)在透平(píng)人口工(gong)質溫度(dù)高于550℃條(tiáo)件下♋,超(chao)臨界二(er)氧化碳(tàn)循環發(fa)☂️電系統(tong)性能顯(xian)著高于(yú)水🏃🏻循環(huan)系統。此(ci)外，配合(hé)間歇性(xìng)、随機性(xìng)強的可(kě)再生能(neng)源供電(diàn)以保障(zhang)社會用(yòng)電穩定(ding)是未來(lái)火力發(fā)電重要(yao)任務,超(chāo)臨界二(er)🔴氧化碳(tàn)系統靈(líng)活性高(gao)、能實現(xian)完全熱(re)電解耦(ǒu)💃的特點(diǎn)也使其(qí)更能滿(man)足未來(lai)火力發(fa)電的深(shēn)度調峰(feng)需求。
　　系(xi)統内部(bu)流動工(gong)質流量(liàng)的正确(que)測量是(shi)其得以(yǐ)應用的(de)基礎。當(dāng)前超臨(lin)界二氧(yǎng)化碳主(zhǔ)要用于(yu)藥物/化(hua)學試劑(ji)萃取、油(you)田驅油(you)等溫度(dù)、壓力相(xiàng)對較低(dī)的場景(jǐng),而超臨(lin)界二氧(yǎng)化碳循(xun)環系❌統(tǒng)需要二(er)氧化碳(tàn)工質達(da)到極高(gao)的溫度(dù)與壓力(lì),二氧化(hua)碳的密(mì)度、比熱(rè)、黏度等(deng)物性參(cān)數發生(shēng)了顯著(zhe)變化,對(duì)于該條(tiáo)件下二(èr)氧化碳(tàn)流量測(cè)量,傳統(tong)流量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼測(ce)量方法(fa)将不再(zài)适用。孔(kǒng)闆流☔量(liàng)計是--種(zhǒng)技術成(chéng)熟且适(shì)合于高(gāo)溫高壓(ya)流🐆體流(liú)量測:量(liang)的方🧡法(fa),經過多(duo)年發展(zhan)🈲孔闆流(liu)量計已(yi)形成标(biāo)準化形(xing)式,主要(yao)包括兩(liang)部分,分(fèn)别是具(jù)有直角(jiao)邊緣的(de)-段節流(liú)孔,以及(ji)在節流(liu)孔後具(ju)有一斜(xie)角的錐(zhui)形擴流(liú)段,其結(jié)構如圖(tu)1所示。然(rán)而有關(guan)測量😄超(chao)臨💜界二(èr)氧化碳(tàn)循環中(zhong)工質流(liu)量的孔(kǒng)闆流量(liàng)計設計(jì)方案,國(guo)内外并(bìng)無經驗(yàn)借鑒。因(yin)此需🈲要(yao)針對超(chāo)💞臨界二(èr)氧化碳(tan)工質的(de)全新特(tè)性,探👅究(jiu)孔闆結(jie)構參數(shù)的變化(hua)對于流(liu)量系數(shu)的影響(xiang),同時驗(yan)證現有(yǒu)标👈準中(zhōng)的相關(guan)規定對(dui)于超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gōng)質是否(fou)适用。.
　　我(wo)國學者(zhě)采用數(shù)值模拟(ni)爲主,實(shí)驗驗證(zheng)爲輔的(de)研🔴究方(fang)式,以水(shui)或天然(rán)氣爲研(yan)究對象(xiàng),開展了(le)管徑、孔(kǒng)徑厚度(du)等結構(gou)參數對(dui)孔闆流(liú)量計的(de)影響研(yán)究。孔闆(pǎn)直徑比(bi)、厚度等(děng)參數會(hui)顯著影(ying)響孔闆(pan)的節流(liú)特😄性,從(cong)而影響(xiǎng)流量計(ji)的計量(liang)性能。當(dāng)直徑🐕比(bi)小于0.3時(shi),流量系(xi)數随直(zhí)徑比增(zēng)加而快(kuài)速下降(jiàng),當直徑(jing)比大于(yú)0.3時，流量(liang)系數逐(zhú)漸遞增(zeng),但增速(su)較緩;直(zhí)徑比在(zai)0.2~0.8範圍内(nei)時，流👌量(liàng)系數随(suí)β增大呈(chéng)先減小(xiao)後增大(da)的趨勢(shì),并以0.55爲(wèi)分界點(dian),其中🛀🏻β在(zai)0.45~0.65之間時(shi)可控制(zhi)誤差在(zai)3%以内♈。與(yu)直徑比(bǐ)不同,流(liu)量系數(shù)随孔闆(pǎn)厚度的(de)變化特(tè)性較--緻(zhi)。厚度e增(zeng)加，流出(chū)系數直(zhi)線上升(sheng);林棋等(deng)人[4-5]也認(ren)爲流出(chū)系數♌随(suí)縮徑孔(kong)厚度增(zeng)大而增(zēng)大;在模(mo)型中🙇🏻考(kǎo)慮了引(yin)壓管的(de)存在,結(jié)果顯🥵示(shi),e變化0.15mm時(shi)，流出系(xi)數變化(hua)1.56%;e變化㊙️1mm時(shí)，流出系(xì)數變化(huà)2.125%。
 
　　近年來(lái)的理論(lun)知識、不(bu)斷優化(huà)的算法(fa)以及不(bú)斷更新(xin)擴充的(de)實🍉驗數(shù)據庫等(deng)都保證(zheng)了數值(zhi)模拟研(yán)究的正(zhèng)❌确率🤞與(yǔ)精度,因(yin)而逐🔴漸(jian)成爲主(zhu)流研究(jiū)方法之(zhi)一。孔闆(pan)流量計(jì)管道内(nèi)部介質(zhì)流動複(fú)雜,參數(shu)變化劇(jù)烈,采用(yong)數值模(mó)拟方法(fa)可以有(yǒu)效捕捉(zhuo)到管道(dao)内部的(de)細微變(biàn)化,因此(cǐ)是孔闆(pǎn)流量計(ji)研㊙️究的(de)有力工(gong)具。部分(fen)學者利(li)用數值(zhi)模拟對(duì)孔闆流(liu)量計結(jie)🌐構進行(háng)了優化(huà)設計。利(lì)用Fluent模拟(nǐ)😘了一種(zhǒng)半雙曲(qu)線型的(de)新式孔(kǒng)闆流量(liàng)計,并同(tóng)時利用(yong)牛頓流(liú)體和🆚非(fēi)牛頓流(liu)體進行(hang)驗證，發(fa)現這種(zhong)流量計(ji)可使内(nèi)部介質(zhi)☁️近似無(wu)剪切流(liú)動,大大(da)消除了(le)渦流和(he)停滞區(qū)等流動(dong)結構;研(yán)究發現(xian)在孔闆(pan)流量計(jì)☔下遊插(cha)入-個環(huán)可以有(yǒu)✊效減少(shao)壓力損(sun)失,并利(li)用🌈數值(zhí)模拟和(hé)遺傳算(suàn)法優化(hua)結構,可(kě)⚽減少33.5%的(de)壓力損(sun)失,極大(dà)的降低(dī)了能耗(hào)和✂️成本(ben)。
　　因此,本(ben)文進行(háng)了孔闆(pan)流量計(ji)結構參(can)數對于(yu)流量系(xi)數影🔅響(xiǎng)🍓的模拟(ni)研究,包(bāo)括直徑(jing)比、節流(liu)孔厚度(du)、孔闆厚(hòu)度等結(jié)構參數(shu)🈚,明确了(le)在超臨(lin)界二氧(yang)化碳工(gōng)質典型(xing)工況下(xià)不同結(jie)構參數(shu)對流量(liang)系數的(de)影響,同(tong)時将通(tōng)過現行(háng)孔闆流(liú)量計國(guó)際标準(zhun)文件中(zhōng)經驗公(gong)式計算(suàn)得到的(de)結果與(yu)數值模(mo)拟結果(guo)進行比(bǐ)較,提出(chū)了針對(duì)超臨界(jie)二氧化(huà)碳工質(zhi)的孔闆(pan)流量計(ji)結構參(can)數推薦(jian)範圍與(yǔ)推薦設(she)計值,提(tí)升了其(qi)測量精(jīng)度。除此(ci)之外，還(hai)👌探究了(le)孔闆人(rén)口直🤞角(jiǎo)邊緣鈍(dun)化對孔(kong)闆流量(liàng)計測量(liang)✂️精度的(de)影響,并(bing)據此提(tí)出了🏃‍♂️新(xīn)的針對(dui)現行孔(kǒng)闆流量(liàng)♉計國際(jì)标準文(wén)🏃🏻件中經(jīng)驗公式(shì)計算得(dé)到的流(liu)量系數(shù)的修正(zhèng)系數。
1.計(jì)算模型(xing)與模拟(nǐ)方法
1.1模(mó)型建立(lì)與網格(gé)劃分
　　根(gēn)據标準(zhun)文件[1]規(gui)定的孔(kǒng)闆流量(liang)計結構(gòu)設計與(yǔ)參數要(yào)求，本🐕文(wén)🚩分别建(jiàn)立了DN25和(hé)DN200兩種管(guǎn)徑的孔(kong)闆流量(liàng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼計,結💞構(gòu)參數如(ru)表1所示(shì),在後文(wen)進行相(xiang)關研究(jiu)時均以(yǐ)該表中(zhong)的結構(gòu)參數爲(wei)基礎參(cān)數,依據(jù)該參數(shu)使用SolidWorks軟(ruǎn)件建立(lì)了孔闆(pǎn)流量計(jì)及其前(qián)後一定(dìng)長度管(guǎn)道的幾(ji)何模型(xíng),如圖2所(suo)示。
 
 
　　本文(wen)采用非(fei)結構化(hua)網格進(jìn)行模拟(ni)計算,利(li)用AnsysMeshing軟件(jiàn)将孔闆(pan)🌈流量計(ji)管道劃(hua)分爲四(sì)面體網(wang)格和六(liù)面體網(wǎng)格🌏相結(jie)合的🌍混(hun)合形式(shi)。除此之(zhi)外,爲了(le)準确捕(bu)捉到流(liu)場内的(de)細微變(bian)化,在介(jiè)質與管(guan)道内壁(bi)接觸處(chù)進行邊(biān)界🌈層的(de)網格劃(hua)分，采用(yòng)平滑過(guò)渡法,第(di)一層高(gao)度根據(ju)面網格(gé)和過渡(du)比進行(hang)确定,最(zui)大層數(shù)爲🤩5層，增(zeng)長率爲(wèi)1.2,這時邊(biān)界層總(zong)厚度是(shi)變化的(de),對于複(fú)🛀🏻雜流動(dong)更有效(xiao)，結果如(rú)圖3所示(shi)。
 
　　爲提高(gao)節流孔(kong)闆内部(bu)及其到(dào)前後取(qu)壓截面(mian)處的模(mó)🏒拟✌️精度(du),利⭐用影(ying)響球對(dui)孔闆前(qián)後長度(du)爲D的流(liu)場範圍(wei)内進行(háng)了局部(bu)網格加(jia)密,網格(ge)數量過(guo)少會導(dao)緻計算(suàn)㊙️精度不(bú)足,而過(guò)多的網(wǎng)🌈格數量(liang)🆚則會無(wu)謂地加(jia)大計算(suan)工作量(liàng),降💰低計(jì)算速度(dù)。本文對(dui)DN25和DN200兩種(zhǒng)管🐕徑不(bu)同的管(guan)道進行(háng)網格💞數(shu)量與計(ji)算結果(guo)無關性(xing)🛀🏻的驗證(zheng)，綜合計(jì)算精度(du)與計算(suàn)♻️速度考(kǎo)慮,對于(yu)DN25管道😘,選(xuǎn)取網格(gé)數分别(bié)爲956036和1190483時(shí),在各點(dian)測♍出的(de)壓力相(xiang)差均小(xiao)于0.01%，因此(cǐ)選擇劃(huà)📞分網格(gé)數爲956036;對(dui)于DN200管道(dào),選取網(wang)💋格數分(fen)别爲2308874與(yu)4328293時,在各(gè)點測出(chū)的壓力(lì)相差均(jun1)小于0.01%，因(yin)此選擇(ze)劃分網(wang)💚格數爲(wèi)2308874。
1.2模拟程(chéng)序參數(shu)設置
1.2.1物(wu)性參數(shù)設置
　　Refprop軟(ruǎn)件由NIST開(kai)發，該軟(ruan)件含有(yǒu)豐富的(de)數據庫(ku)以及适(shi)用于超(chao)臨界CO,的(de)多個狀(zhuàng)态方程(chéng)。本文通(tong)過在Fluent軟(ruǎn)件中激(ji)活NISTRealGas模型(xing)[川進行(háng)調用,計(jì)算超臨(lin)界二氧(yǎng)化碳流(liú)體的物(wù)性參🛀🏻數(shu)。其中物(wù)性參數(shù)采用👨‍❤️‍👨FEK狀(zhuàng)态方程(cheng)模型計(jì)算，黏度(du)采用VS1模(mó)型,導熱(rè)系數采(cǎi)用🔴TC1模型(xing),各模型(xíng)的相關(guan)參數如(ru)表2所示(shì)。
 
1.2.2邊界條(tiao)件設置(zhi)
　　本文針(zhēn)對超臨(lín)界二氧(yang)化碳鍋(guo)爐人口(kǒu)處的循(xún)環工📱質(zhì)進行流(liu)量☁️系數(shù)測量的(de)數值模(mo)拟研究(jiū),設置了(le)質👣量流(liu)量人口(kǒu)與👄壓力(lì)出口☂️,溫(wēn)度、壓力(lì)等參數(shu)的選取(qǔ)爲超臨(lín)界二氧(yǎng)化碳鍋(guo)爐入口(kou)❤️處工質(zhì)典型參(can)數,即750K、21MPa。由(yóu)于循環(huán)系統運(yùn)行于高(gao)壓環境(jìng)，管道的(de)壓力損(sǔn)失相較(jiào)而言很(hen)小，因此(cǐ)可認爲(wèi)管道壓(ya)力爲恒(héng)定.值,壓(ya)力出口(kou)參數💞設(she)置與人(rén)口相同(tong),其餘參(can)數保持(chí)默認不(bú)變;由于(yú)超臨界(jiè)二氧化(hua)🔞碳鍋爐(lú)人🐅口處(chu)管道一(yi)般采取(qu)嚴格保(bao)溫措施(shī)👈,因此可(ke)忽略壁(bi)面與工(gōng)質間的(de)換熱,設(she)置爲絕(jue)熱邊界(jie)。
1.2.3數值模(mó)型設置(zhi)
　　本文主(zhǔ)要模拟(ni)超臨界(jiè)二氧化(huà)碳工質(zhi)流經孔(kong)闆流量(liang)計的🛀🏻流(liu)動過程(chéng),基本方(fang)程包含(han)質量、動(dòng)量和能(neng)量輸運(yùn)方程,由(yóu)雷諾數(shu)👄的定義(yì)公式
 
　　計(ji)算可知(zhi)本文針(zhēn)對的超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tàn)工況下(xia)雷✊諾數(shu)均遠大(da)于4000,因此(cǐ)管道内(nèi)的流動(dòng)均處于(yú)湍流狀(zhuàng)态,在進(jìn)行數值(zhí)模拟時(shí)需進行(háng)湍流模(mó)型的設(shè)置,本文(wen)選擇SSTh-ɷ湍(tuan)流模型(xíng)。
1.2.4求解參(can)數設置(zhi)
　　FLUENT中的亞(yà)松弛因(yin)子主要(yao)控制計(jì)算過程(cheng)中每次(cì)叠代♍的(de)變化量(liang),可以通(tong)過減少(shǎo)兩層次(cì)之間計(ji)算.結果(guǒ)的♊差值(zhi)👅從而促(cù)進收斂(lian)。本文設(she)置的亞(ya)松弛因(yin)子如表(biǎo)3所示。
 
1.3模(mó)型的驗(yan)證
　　基于(yú)上述設(shè)置，本文(wen)針對溫(wēn)度爲535.1~642.5K、壓(yā)力爲19MPa、質(zhì)量流量(liang)爲1.28kg/s的實(shí)驗工況(kuàng)進行了(le)模拟研(yán)究,模拟(ni)的孔闆(pan)結構參(cān)數、溫度(du)、壓力🤟、流(liú)量等參(cān)數以及(jí)數據處(chù)理方法(fǎ)均🚩與實(shi)驗💔保持(chí)--緻,得到(dào)了超臨(lín)界👉二氧(yang)化碳工(gōng)質的流(liu)量系數(shù)。将模拟(nǐ)計算得(de)到的流(liú)⛹🏻‍♀️量系數(shù)與實流(liú)測量結(jié)果進行(hang)對比,結(jié)果如圖(tu)4所示。,通(tōng)過數值(zhi)模拟得(de)到的流(liú)量系數(shu)與實驗(yàn)數據總(zǒng)體趨勢(shì)相似,在(zài)數值上(shang)均高于(yú)實🔞驗數(shù)據,但相(xiàng)對于實(shi)驗數據(ju)的偏差(cha)較小,偏(pian)♉差爲1.62%~2.69%。
 
　　造(zao)成偏差(cha)的原因(yīn)可能有(yǒu)多種,如(ru)實驗選(xuǎn)用測量(liang)儀表具(ju)有一定(dìng)的不确(que)定度、模(mó)拟參數(shu)的設置(zhì)無法與(yu)真實🌈情(qing)況完全(quán)對應、收(shōu)斂判據(jù)設置不(bú)嚴格等(deng)等。爲🚶‍♀️了(le)降低模(mo)拟結果(guo)與實驗(yan)數據的(de)偏差,本(běn)文分别(bié)按各模(mó)拟結果(guo)相對同(tóng)📱工況下(xià)實驗數(shu)據的偏(piān)差平均(jun)✍️值進行(háng)修正。模(mo)拟得到(dao)流量系(xi)數相對(duì)實驗數(shù)據平均(jun)增大0.013,因(yīn)此對模(mo)拟結果(guǒ)減去🥵該(gāi)修正值(zhí),修正後(hou)相對偏(pian)差爲✨0.016%~0.674%。
上(shàng)述結果(guǒ)說明數(shù)值模拟(ni)方法與(yu)實驗結(jie)果的一(yī)緻性較(jiao)好,因此(cǐ)本文建(jiàn)立的數(shù)值模拟(ni)方法可(kě)用于後(hòu)續進一(yī)步的研(yán)究。
2孔闆(pan)結構參(can)數對流(liú)量系數(shu)影響
2.1直(zhi)徑比的(de)影響
　　直(zhi)徑比會(hui)顯著影(yǐng)響孔闆(pǎn)對于介(jie)質流過(guò)的節流(liu)效果,改(gǎi)變介質(zhi)流過的(de)速度、壓(ya)力等參(can)數,是影(ying)響孔闆(pǎn)流量計(ji)測量性(xìng)🐪能的首(shǒu)要因素(su)。ISO國際标(biao)準中規(guī)定,孔闆(pan)流量計(jì)的直徑(jìng)比一般(bān)在0.1~0.75内💔變(biàn)化,本文(wén)分别選(xuan)取直徑(jìng)比在0.3~0.9之(zhī)内的7個(ge)㊙️工況進(jìn)行了模(mo)拟計算(suan),探究孔(kǒng)闆流量(liàng)計直徑(jing)比對流(liu)量系數(shu)的影響(xiang)🤩，得到的(de)結果🍓如(ru)圖5所示(shì)。
對數據(ju)進行分(fen)析可知(zhī):
(1)孔闆流(liú)量系數(shù)随直徑(jìng)比的變(biàn)化趨勢(shi)與管徑(jing)無關。随(sui)着孔闆(pan)直徑比(bi)增大,DN25和(he)DN200管道内(nei)孔闆流(liu)量系數(shù)呈🚶現近(jin)似相同(tong)變化趨(qū)勢;上升(shēng)-平穩-.上(shang)升,主要(yào)區别在(zài)于前者(zhe)在β爲0.4~0.8範(fan)⭕圍内較(jiào)平穩、而(er)後者在(zài)0.5~0.8範圍内(nei)較平穩(wěn);
(2)标準文(wen)件[10]中經(jing)驗計算(suan)公式的(de)結果随(suí)直徑比(bǐ)增加而(ér)逐漸下(xia)✊降🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,其中(zhong)直徑比(bǐ)在0.3~0.6範圍(wéi)内時下(xia)降趨勢(shì)較平緩(huan),當超過(guo)0.6時下降(jiàng)值逐漸(jian)增大;
(3)孔(kǒng)闆流量(liang)系數在(zai)β爲0.3~0.6時小(xiao)于經驗(yan)公式計(jì)算值,此(cǐ)範圍内(nèi)使用經(jing)🈲驗計算(suan)公式會(huì)使測量(liàng)結果較(jiao)真實值(zhí)大2.45%~47.03%;β在0.7~0.9時(shi)孔闆流(liú)量系數(shù)大于經(jīng)驗公式(shì)計算值(zhí)，此時使(shǐ)用經驗(yàn)計算🏃🏻公(gōng)式會使(shi)測量值(zhi)比實際(jì)值小0.5%~60.19%;
(4)當(dang)直徑比(bi)在标準(zhǔn)文件[10]規(guī)定的0.1~0.75範(fan)圍内時(shí),孔闆流(liu)量系數(shu)的模✏️拟(nǐ)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼結果與(yu)經驗公(gong)式計算(suàn)結果的(de)相對誤(wu)差波動(dong)較大,如(rú)對DN25管道(dào)而言,β爲(wei)0.3時相對(dui)偏差達(da)到47.03%,而β爲(wei)0.7時相對(duì)偏差僅(jǐn)爲0.5%。因此(ci)對于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tàn)工質而(ér)言，孔闆(pan)直徑比(bǐ)的選擇(ze)範圍應(ying)較标準(zhǔn)規定範(fàn)圍縮小(xiǎo);對于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tàn)工質而(er)言,直徑(jing)比在0.6~0.7範(fan)圍内時(shí)孔闆流(liu)量系數(shu)的模🔞拟(nǐ)結果與(yǔ)經驗公(gōng)式計算(suàn)結果的(de)相對誤(wù)差較小(xiǎo)，其中DN25管(guǎn)📐道相對(dui)誤差爲(wèi)💜0.5%~2.45%,DN200管☎️道相(xiang)對誤差(cha)爲2.27%~3.6%。
 
2.2節流(liú)孔厚度(dù)的影響(xiǎng)
　　孔闆節(jie)流孔厚(hòu)度決定(ding)了超臨(lín)界二氧(yǎng)化碳工(gōng)質流📧過(guo)收👌縮管(guǎn)😄道的長(zhang)度,是影(yǐng)響孔闆(pan)節流能(neng)力的主(zhǔ)要參數(shu)之一，會(huì)對工質(zhi)🔞流過孔(kǒng)闆的流(liu)速、壓力(lì)等參數(shù)産生影(yǐng)響,進而(ér)影響測(cè)量結果(guǒ)。标準文(wén)件[10]規定(dìng)标準孔(kong)闆節流(liu)孔厚度(dù)應在0.005D~0.02D之(zhī)間,對✂️應(ying)DN25管道的(de)e應在0.115~0.46mm,DN200管(guan)道的e應(ying)在0.695~2.78,本文(wen)分别模(mo)拟了DN25管(guǎn)道e爲0.1~0.7mm、DN200管(guǎn)道e爲0.2~4.2mm時(shí)超臨界(jiè)二氧化(huà)碳工💃🏻質(zhi)流過節(jiē)流孔闆(pǎn)的流量(liang)系數變(biàn)化,爲便(bian)于對比(bi),以e/D爲橫(héng)🈲坐标将(jiang)結果表(biao)示🈲在圖(tú)6中。
 
對數(shù)據進行(hang)分析可(kě)知:
(1)孔闆(pan)流量系(xi)數随e/D的(de)變化趨(qū)勢與管(guan)徑無關(guan)。随着e/D逐(zhú)漸增加(jiā),DN25和📐DN200管道(dao)内孔闆(pǎn)的流量(liàng)系數均(jun1)呈現先(xiān)減小📱後(hou)增大的(de)🙇🏻趨勢🌈，分(fèn)别在e/D爲(wei)0.017和0.023時達(dá)到最小(xiǎo)值，此後(hou)流🛀量系(xì)數先急(ji)劇增大(dà),随後保(bao)持☔平緩(huǎn)增長;
(2)标(biao)準文件(jian)[I0]中經驗(yàn)計算公(gōng)式的結(jié)果不随(suí)節流孔(kong)厚度而(ér)發生改(gǎi)變,其中(zhong)DN25管道的(de)經驗公(gong)式計算(suàn)結果略(luè)大-一些(xiē),模拟得(de)到的DN25和(hé)DN200管道的(de)流量系(xi)數均小(xiǎo)于經驗(yàn)公式計(jì)算結果(guǒ),其中前(qian)者的相(xiang)對誤差(chà)爲0.18%~1.84%,後者(zhě)的相對(duì)誤差爲(wèi)0.31%~2.05%;
(3)在标準(zhun)文件[10]規(gui)定孔闆(pǎn)節流孔(kǒng)厚度範(fàn)圍内,孔(kong)闆流量(liàng)💰系數模(mo)拟㊙️結果(guǒ)與經驗(yan)公式的(de)相對誤(wu)差均在(zài)2%以✏️下,因(yīn)此标🏃🏻準(zhǔn)中規定(dìng)🐪的孔闆(pǎn)節流孔(kong)厚度範(fàn)圍可以(yǐ)接受;同(tóng)♻️時還發(fa)現當節(jiē)流孔厚(hòu)度超過(guò)規定範(fàn)圍一定(ding)值後,相(xiàng)對誤差(cha)仍可接(jiē)受,甚至(zhi)相對誤(wu)差還可(kě)能🐇減少(shao)，如DN25管道(dao)的e爲0.6mm、0.7mm時(shi),均超出(chū)了規定(dìng)上限0.46mm,但(dàn)相對誤(wu)🌈差分别(bié)達到了(le)0.3%和0.18%，因此(cǐ)标準中(zhong)規定的(de)節流孔(kǒng)厚度範(fàn)圍在針(zhen)🤟對超臨(lín)界二氧(yang)化碳工(gōng)質時可(ke)以适當(dang)擴💔大,推(tui)薦DN25管道(dao)孔闆節(jiē)流孔厚(hòu)度可在(zài)0.004D~0.03D内變化(hua)，DN200管道在(zài)📐0.005D~0.03D範圍内(nèi);
(4)基于模(mó)拟結果(guǒ)給出相(xiàng)對誤差(cha)更小時(shí)對應孔(kǒng)闆節流(liú)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻孔厚度(du)的推薦(jiàn)值,其中(zhōng)DN25管道孔(kong)闆在e/D爲(wèi)0.004~0.008及0.02~0.03之間(jian),即🚶‍♀️e爲0.1~0.2mm.0.5~0.7mm時(shi)，相對🥰誤(wu)差❤️小于(yú)1.5%;DN200管道孔(kong)闆在e/D爲(wei)0.005~0.012及0.027~0.03時,對(dui)應e爲0.7~1.7mm及(jí)3.7~4.2mm時，相對(dui)誤差小(xiǎo)于等于(yu)1.5%。
2.3孔闆厚(hou)度的影(yǐng)響
　　由圖(tú)1可知，标(biao)準孔闆(pan)在節流(liú)孔之後(hòu)還設置(zhì)一定長(zhǎng)度的錐(zhuī)形擴流(liú)段,與節(jiē)流孔段(duan)共同組(zǔ)成孔闆(pan)的節流(liu)段,該擴(kuo)流段長(zhǎng)度也會(huì)對孔闆(pǎn)的節流(liu)能力産(chan)生影響(xiǎng),從而改(gai)變🍉工質(zhi)流過孔(kong)闆後的(de)速度、壓(yā)力等參(cān)數,對測(cè)量精度(du)産生影(yǐng)響。标準(zhǔn)文件[10]規(guī)定孔闆(pǎn)厚度㊙️E應(ying)在e~0.05D之間(jian),對應DN25管(guǎn)道的E應(ying)不大于(yu)1.15mm,DN200管道的(de)E不超過(guo)6.95mm。
　　本文在(zài)保持節(jiē)流孔厚(hòu)度不變(biàn)的情況(kuàng)下，分别(bie)設置⚽了(le)不🌐同的(de)🔞孔闆厚(hou)度用以(yi)探究流(liu)量系數(shù)的變化(huà),其中DN25管(guǎn)🚩道孔闆(pǎn)厚度E爲(wei)0.5~1.4mm,DN200管道孔(kǒng)闆厚度(dù)E爲3~8mm,模拟(ni)結果如(rú)✌️圖7所示(shi)。
 
對數據(ju)進行分(fèn)析可知(zhī):
(1)孔闆流(liu)量系數(shù)随E/D的變(biàn)化趨勢(shì)與管徑(jìng)無關。随(suí)着E/D逐漸(jian)增🐕加,DN25管(guǎn)道和DN200管(guǎn)道内孔(kǒng)闆流量(liàng)系數呈(chéng)現近似(sì)相同的(de)變化趨(qu)勢:即下(xia)💋降上升(shēng)-平穩-下(xia)降,主要(yào)區别在(zai)🌏于DN200管道(dào)内孔闆(pan)流量系(xì)數下降(jiàng)和上升(shēng)的趨勢(shi)更加明(míng)顯;
(2)流量(liang)系數經(jing)驗計算(suan)公式的(de)結果不(bú)随孔闆(pǎn)厚.度而(er)發生變(bian)化，其♌中(zhong)DN25管道的(de)經驗公(gōng)式計算(suan)結果偏(pian)大--些💃🏻,DN25和(hé)DN200管道的(de)❗流量系(xì)數均小(xiao)于經驗(yàn)公式計(jì)算值,因(yīn)此當使(shi)用經驗(yàn)公式進(jin)行🔴工質(zhi)流量計(ji)算時會(huì)造成計(ji)算結果(guo)偏大;
(3)在(zài)标準文(wen)件[10]規定(dìng)孔闆厚(hòu)度範圍(wéi)内,DN25和DN200管(guan)道内孔(kǒng)闆🌈流量(liang)☂️系✨數與(yǔ)😘經驗計(jì)算公式(shì)的相對(dui)誤差均(jun1)在2%以下(xià)，因此🛀标(biāo)準中的(de)規定⛷️範(fan)圍可以(yǐ)接受,但(dàn)該規定(ding)範圍🏃‍♀️對(duì)于超✨臨(lin)界二🤞氧(yang)化碳工(gōng)質可适(shi)當擴🌈充(chong),如模拟(ni)結果所(suǒ)示，當DN25和(hé)DN200兩種管(guǎn)徑的孔(kǒng)闆厚度(du)E達到0.06D左(zuo)右時，雖(sui)然已經(jing)超出了(le)規定的(de)0.05D這一限(xiàn)值,但相(xiàng)🏃‍♂️對誤差(chà)仍小于(yú)2%，處于可(kě)接受的(de)範圍,但(dàn)依據變(biàn)化趨勢(shì)可以合(hé)理預測(cè)，當孔闆(pan)厚度⭐繼(ji)續增加(jiā)時，相對(dui)誤差将(jiang)大于2%，因(yīn)此建議(yì)對于超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tan)工質而(ér)言,孔闆(pan).厚度可(ke)設置在(zài)0.02D~0.06D之間。
2.4孔(kong)闆流量(liàng)計結構(gou)參數設(she)計建議(yi)
　　通過對(duì)孔闆流(liu)量計各(gè)結構參(cān)數的模(mó)拟研究(jiu),明确了(le)在💰進行(hang)超臨界(jie)二氧化(huà)碳工質(zhì)質量流(liú)量測量(liang)時📧,孔闆(pǎn)流量系(xì)數随各(gè)結構參(cān)數的變(bian)化趨勢(shì)與相對(dui)誤差,本(běn)節主要(yao)🐪對以上(shàng)模拟結(jié)果進行(háng)總結分(fen)析,參考(kǎo)《用能單(dān)位能源(yuan)計量器(qi)具配✍️備(bèi)和管理(lǐ)通則》中(zhong)的⭕精度(dù)規定，，給(gei)⁉️出了針(zhen)對超臨(lin)界二氧(yǎng)化碳工(gōng)質的孔(kong)闆流量(liang)計結構(gòu)參數推(tuī)薦設計(ji)範圍,在(zai)該範圍(wéi)内經驗(yan)計算公(gong)式的計(ji)♌算結果(guǒ)可滿足(zu)2.5精度等(děng)級要求(qiú),還進一(yi)步提出(chū)了該範(fàn)㊙️圍内精(jīng)度相對(dui)更高的(de)結構參(can)數推薦(jiàn)值，将以(yi)上結果(guǒ)與現行(háng)國際标(biao)準ISO5167-2:2003中标(biāo)準孔闆(pǎn)流量計(ji)各結構(gòu)參數的(de)規定範(fàn)圍進行(háng)對比,如(ru)表4所示(shi)。
 
　　可以看(kan)出,對于(yu)超臨界(jiè)二氧化(hua)碳工質(zhi)而言,标(biāo)準文件(jian)[10]規定的(de)孔♌闆流(liú)量計各(gè)結構參(can)數的設(shè)計範圍(wéi)并✂️不完(wan)全适用(yong),其🔞中直(zhí)徑比⛱️的(de)規定範(fan)圍過大(da),對應的(de)流量系(xì)數的相(xiang)對誤差(chà)也波動(dong)較大,從(cong)0.5%到47.03%不等(deng),而當直(zhí)徑比在(zai)🐇0.6~0.7範圍内(nei)時,可将(jiāng)相對誤(wù)差有效(xiao)降低至(zhi)0.5%~3.6%;在标準(zhǔn)文件[10]規(gui)定的節(jie)流孔厚(hòu)度、孔闆(pan)厚度等(děng)參數範(fan)⭕圍内,絕(jue)大多數(shu)流量系(xì)數的相(xiàng)對誤差(chà)可控制(zhi)在2%以下(xià)，因此其(qi)😄規定範(fan)👨‍❤️‍👨圍可以(yi)繼續使(shǐ)用,同時(shi)本文的(de)數值模(mo)拟結果(guo)顯示，當(dāng)💃🏻孔闆的(de)以，上幾(ji)個結構(gòu)參數的(de)數值超(chāo).出其規(guī)定範圍(wei)🥰時,最大(dà)💚相對誤(wù)差也僅(jin)爲2%左㊙️右(yòu)，因此對(duì)于超臨(lín)界二氧(yang)化碳工(gōng)質而言(yán)，孔闆的(de)節流孔(kǒng)厚度、孔(kong)闆厚度(du)等參數(shu)💚均可一(yī)定程度(du)上超出(chū)标準中(zhong)的規定(dìng)範圍，相(xiang)對誤差(cha)也🧑🏽‍🤝‍🧑🏻可接(jie)受。
3入口(kǒu)直角邊(biān)緣尖銳(rui)度及其(qí)修正系(xì)數的模(mó)拟研究(jiū)🧡
　　一般而(ér)言,孔闆(pan)人口邊(bian)緣應該(gai)是尖銳(ruì)的,其與(yǔ)超臨界(jiè)二氧化(huà)碳工質(zhì)首先直(zhí)接接觸(chù),如果其(qí)尖銳度(dù)不夠的(de)話則無(wú)法保證(zhèng)對于工(gong)質的節(jie)流作用(yòng)達到預(yu)期,因而(er)會對測(ce)量精度(du)産生影(yǐng)響。在孔(kong)闆實際(jì)工作過(guò)程:中,可(kě)🐅能存在(zài)加工精(jīng)度不足(zu)、工質磨(mó)損、腐蝕(shí)等😄問題(tí)的存在(zai),造成直(zhi)角邊緣(yuan)變鈍,故(gu)标準文(wen)件[10]規定(dìng),孔闆人(rén)口邊緣(yuán)的圓弧(hú)半徑應(yīng)小于等(deng)于0.0004D,在此(cǐ)限值之(zhī)内的誤(wù)差是可(ke)以接受(shòu)的,若超(chao)過這一(yi)-限值,則(zé)無法保(bao)證測量(liàng)精度,應(ying)⁉️進行相(xiàng)應的維(wei)修💃🏻、更換(huàn)或修正(zheng)等。本文(wen)模💘拟了(le)孔闆人(ren)口邊緣(yuán)圓弧半(ban)徑爲0~0.015D時(shi)孔闆的(de)流量系(xì)數變化(huà)趨勢,結(jié)果如圖(tu)8所示。
 
分(fen)析結果(guo)可以得(dé)出:
(1)孔闆(pan)人口邊(bian)緣尖銳(ruì)度對于(yu)孔闆流(liú)量系數(shu)的影響(xiang)趨勢與(yǔ)🍉管徑無(wú)關。随着(zhe)孔闆人(rén)口邊緣(yuan)逐漸變(bian)鈍,DN25和DN200兩(liǎng)種✔️管道(dào)的孔闆(pǎn)流量系(xì)數呈現(xiàn)近似相(xiàng)同的變(bian)化趨勢(shi)，均随着(zhe)人口圓(yuan)弧半徑(jing)的增大(da)而⛱️先增(zēng)大後減(jiǎn)💞小,分别(bie)在r達到(dào)0.01D和0.008D時流(liú)量系數(shu)🐕達到最(zui)大;
(2)孔闆(pǎn)人口邊(bian)緣開始(shǐ)鈍化時(shi),流量系(xì)數顯著(zhe)增加,遠(yuǎn)大🏃‍♂️于經(jīng)💃🏻驗計算(suan)公式結(jie)果,因此(cǐ)造成使(shi)用經驗(yan)計算公(gong)式時得(de)到的工(gong)質質量(liang)流量相(xiàng)對真實(shi)值很小(xiao)，其中DN25管(guan)道内相(xiang)對誤差(chà)爲5.16%~12.61%,DN200管道(dao)的相對(duì)誤差爲(wèi)5.13%~11.96%;
(3)對于超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tan)工質而(er)言,當孔(kong)闆人口(kǒu)直角🐕邊(bian)緣變鈍(dun)後,應立(li)即進行(háng)相應的(de)處理或(huò)流量系(xi)數的修(xiu)正,否則(ze)誤差将(jiāng)會變得(dé)很大。
　　當(dāng)使用标(biao)準文件(jian)[10]給出的(de)不同邊(bian)緣尖銳(ruì)度對應(ying)的🙇‍♀️修正(zhèng)🐇系數b進(jìn)行孔闆(pǎn)流量系(xi)數的修(xiū)正時,可(kě)以--定程(cheng)度上減(jiǎn)少流量(liang)☂️系數的(de)相☎️對誤(wù)差。本文(wen)使用表(biao)5中的修(xiu)正系數(shu)b對經驗(yàn)公式計(jì)算結果(guo)進行♈修(xiū)正,結果(guǒ)如圖9所(suǒ)示。
 
 
　　結果(guo)顯示，對(dui)于超臨(lín)界二氧(yang)化碳工(gong)質而言(yán),當使用(yong)😘修正系(xì)數b進行(háng)孔闆流(liú)量系數(shu)的修正(zhèng)後,僅可(kě)使部分(fèn)邊緣圓(yuan)弧半徑(jìng)對應的(de)孔闆流(liú)量系數(shu)相對誤(wù)差降低(di)到可以(yǐ)接受的(de)程度,而(er)大部分(fèn)情況下(xia)相對誤(wù)差仍比(bǐ)較大,如(rú)DN25管道多(duo)數情況(kuàng)下的流(liu)量系數(shù)相對誤(wu)差在4.41%~6.94%之(zhi)間,DN200管道(dào)的相對(dui)誤差多(duo)數在3.74%~7.11%,因(yīn)此該修(xiu)正💔系數(shù)b對于超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tàn)工質并(bìng)不适用(yòng)。
　　對DN25和DN200管(guan)道的模(mó)拟流量(liang)系數及(ji)經驗公(gōng)式計算(suàn)結果求(qiu)🏒平均,得(dé)到🍓針對(dui)超臨界(jie)二氧化(huà)碳工質(zhì)的不同(tong)孔闆邊(bian)🍓緣尖銳(rui)度♌對應(ying)的修✌️正(zheng)系數b,如(ru)表6所示(shì)。将更正(zhèng)的修正(zhèng)系數應(ying)用于模(mo)拟數據(ju)，結果如(rú)圖10所示(shì)。
 
　　可以看(kan)出,當使(shǐ)用更正(zheng)後的修(xiu)正系數(shù)b進行孔(kǒng)闆的流(liú)🌍量系數(shu)經驗公(gōng)式計算(suàn)結果的(de)修正後(hòu),得到的(de)流量系(xi)數與模(mo)拟結果(guǒ)拟合較(jiao)好,其中(zhong)DN25管道相(xiàng)對誤差(cha)爲0.11%~1.21%,DN200管道(dào)🚶‍♀️相對誤(wu)差爲0.11%~1.85%。
4結(jie)論
　　本文(wen)開展了(le)孔闆流(liú)量計的(de)數值模(mó)拟研究(jiu)，探究了(le)孔闆的(de)各結🛀🏻構(gou)參數對(dui)超臨:界(jie)二氧化(huà)磯工質(zhi)流量系(xì)數的影(yǐng)響,基于(yú)此給出(chu)了孔闆(pǎn)流量計(ji)結構參(cān)數的設(she)計建議(yì),并且探(tan)究了人(ren)口直角(jiǎo)邊緣尖(jiān)銳度對(dui)流量系(xì)數的影(yǐng)響,得到(dao)的主要(yào)結論如(ru)下:
(1)現行(hang)标準文(wen)件中的(de)孔闆流(liu)量計結(jié)構參數(shù)的規定(ding)範圍測(ce)🙇‍♀️量相對(duì)誤差在(zai)0.5%~47%的較大(da)範圍内(nei)波動,對(dui)于超🙇‍♀️臨(lín)界🚶二氧(yǎng)化碳工(gong)質并不(bu)适用。
(2)本(ben)文針對(dui)超臨界(jiè)二氧化(hua)碳工質(zhì)提出了(le)孔闆.流(liú)量計結(jié)構參數(shù)推薦設(shè)計範圍(wei),其中直(zhí)徑比應(ying)爲0.6~0.7,節流(liu)⭐孔厚度(du)應爲0.004~0.03倍(bèi)㊙️的管道(dao)内徑,孔(kǒng)闆厚度(du)應爲0.02~0.06倍(bei)的管☎️道(dao)内徑🔱,在(zai)該範圍(wéi)内絕大(da)多數工(gōng)況下流(liú)量系數(shù)的相對(dui)誤差可(ke)控制在(zai)2%以下;
(3)孔(kǒng)闆人口(kǒu)邊緣鈍(dun)化會使(shi)流量系(xi)數顯著(zhe)增加,且(qiě)修正系(xi)數b并不(bu)能使相(xiang)對誤差(cha)降低至(zhi)可以接(jiē)受的範(fàn)圍,修正(zheng)後相對(dui)誤差仍(réng)有約3.74%-7.11%,本(běn)文針對(dui)不同工(gong)況提出(chu)不同修(xiu)正參數(shù),修正後(hòu)經驗公(gong)式的相(xiang)對誤差(chà)降低爲(wèi)0.11%~1.85%。

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