1.直徑比的影響
直徑比會顯著影響孔板流量計對于介質(zhì)流過的節(jié)流效果,改變介質(zhì)流過的速度、壓力等參數(shù),是影響孔板流量計測量性能的首要因素。ISO國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,孔板流量計的直徑比一般在0.1~0.75內(nèi)變化,本文分別選取直徑比在0.3~0.9之內(nèi)的7個工況進(jìn)行了模擬計算,探究孔板流量計直徑比對流量系數(shù)的影響，得到的結(jié)果如圖5所示。
對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知:
(1)孔板流量系數(shù)隨直徑比的變化趨勢與管徑無關(guān)。隨著孔板直徑比增大,DN25和DN200管道內(nèi)孔板流量系數(shù)呈現(xiàn)近似相同變化趨勢;上升-平穩(wěn)-.上升,主要區(qū)別在于前者在β為0.4~0.8范圍內(nèi)較平穩(wěn)、而后者在0.5~0.8范圍內(nèi)較平穩(wěn);
(2)標(biāo)準(zhǔn)文件[10]中經(jīng)驗計算公式的結(jié)果隨直徑比增加而逐漸下降,其中直徑比在0.3~0.6范圍內(nèi)時下降趨勢較平緩,當(dāng)超過0.6時下降值逐漸增大;
(3)孔板流量系數(shù)在β為0.3~0.6時小于經(jīng)驗公式計算值,此范圍內(nèi)使用經(jīng)驗計算公式會使測量結(jié)果較真實值大2.45%~47.03%;β在0.7~0.9時孔板流量系數(shù)大于經(jīng)驗公式計算值，此時使用經(jīng)驗計算公式會使測量值比實際值小0.5%~60.19%;
(4)當(dāng)直徑比在標(biāo)準(zhǔn)文件[10]規(guī)定的0.1~0.75范圍內(nèi)時,孔板流量系數(shù)的模擬結(jié)果與經(jīng)驗公式計算結(jié)果的相對誤差波動較大,如對DN25管道而言,β為0.3時相對偏差達(dá)到47.03%,而β為0.7時相對偏差僅為0.5%。因此對于超臨界二氧化碳工質(zhì)而言，孔板直徑比的選擇范圍應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍縮小;對于超臨界二氧化碳工質(zhì)而言,直徑比在0.6~0.7范圍內(nèi)時孔板流量系數(shù)的模擬結(jié)果與經(jīng)驗公式計算結(jié)果的相對誤差較小，其中DN25管道相對誤差為0.5%~2.45%,DN200管道相對誤差為2.27%~3.6%。
2.節(jié)流孔厚度的影響
孔板流量計節(jié)流孔厚度決定了超臨界二氧化碳工質(zhì)流過收縮管道的長度,是影響孔板節(jié)流能力的主要參數(shù)之一，會對工質(zhì)流過孔板的流速、壓力等參數(shù)產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響測量結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)文件[10]規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流孔厚度應(yīng)在0.005D~0.02D之間,對應(yīng)DN25管道的e應(yīng)在0.115~0.46mm,DN200管道的e應(yīng)在0.695~2.78,本文分別模擬了DN25管道e為0.1~0.7mm、DN200管道e為0.2~4.2mm時超臨界二氧化碳工質(zhì)流過節(jié)流孔板的流量系數(shù)變化,為便于對比,以e/D為橫坐標(biāo)將結(jié)果表示在圖6中。
對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知:
(1)孔板流量系數(shù)隨e/D的變化趨勢與管徑無關(guān)。隨著e/D逐漸增加,DN25和DN200管道內(nèi)孔板的流量系數(shù)均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，分別在e/D為0.017和0.023時達(dá)到最小值，此后流量系數(shù)先急劇增大,隨后保持平緩增長;
(2)標(biāo)準(zhǔn)文件中經(jīng)驗計算公式的結(jié)果不隨節(jié)流孔厚度而發(fā)生改變,其中DN25管道的經(jīng)驗公式計算結(jié)果略大-一些,模擬得到的DN25和DN200管道的流量系數(shù)均小于經(jīng)驗公式計算結(jié)果,其中前者的相對誤差為0.18%~1.84%,后者的相對誤差為0.31%~2.05%;
(3)在標(biāo)準(zhǔn)文件規(guī)定孔板節(jié)流孔厚度范圍內(nèi),孔板流量系數(shù)模擬結(jié)果與經(jīng)驗公式的相對誤差均在2%以下,因此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的孔板節(jié)流孔厚度范圍可以接受;同時還發(fā)現(xiàn)當(dāng)節(jié)流孔厚度超過規(guī)定范圍一定值后,相對誤差仍可接受,甚至相對誤差還可能減少，如DN25管道的e為0.6mm、0.7mm時,均超出了規(guī)定上限0.46mm,但相對誤差分別達(dá)到了0.3%和0.18%，因此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的節(jié)流孔厚度范圍在針對超臨界二氧化碳工質(zhì)時可以適當(dāng)擴(kuò)大,推薦DN25管道孔板節(jié)流孔厚度可在0.004D~0.03D內(nèi)變化，DN200管道在0.005D~0.03D范圍內(nèi);
(4)基于模擬結(jié)果給出相對誤差更小時對應(yīng)孔板流量計節(jié)流孔厚度的推薦值,其中DN25管道孔板在e/D為0.004~0.008及0.02~0.03之間,即e為0.1~0.2mm.0.5~0.7mm時，相對誤差小于1.5%;DN200管道孔板在e/D為0.005~0.012及0.027~0.03時,對應(yīng)e為0.7~1.7mm及3.7~4.2mm時，相對誤差小于等于1.5%。 |
