摘(zhāi)要:超臨(lín)界二氧(yang)化碳循(xun)環發電(dian)技術采(cǎi)用超臨(lin)界🤩狀♍态(tai)✨下🌈的二(er)氧化碳(tàn)代替傳(chuan)統水蒸(zheng)氣工質(zhi),由于物(wù)性發生(shēng)巨大變(biàn)化,質量(liang)流量測(ce)量與計(ji)算方法(fa)需重新(xīn)構建。本(běn)文開展(zhan)了孔闆(pǎn)流量計(jì) 數值模(mó)拟研究(jiu),使用fluent軟(ruǎn)件模拟(ni)計算了(le)孔闆直(zhí)徑比、節(jiē)流孔厚(hòu)度、孔闆(pǎn)厚度等(deng)結構參(can)數對流(liú)量系數(shù)的影響(xiang)♋,結果表(biǎo)明現行(háng)标準📧對(dui)超臨界(jiè)二氧化(hua)碳并不(bú)适用。本(ben)✊文提出(chū)了針對(dui)超臨界(jiè)🔴二氧化(huà)碳工質(zhi)的孔闆(pǎn)流量計(jì)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(guǒ)相對誤(wù)差小于(yú)2%,并針對(duì)入口邊(biān)緣鈍化(huà)提出了(le)新修正(zhèng)系數,修(xiu)正後計(ji)算結果(guo)相對誤(wu)差爲🔆0.11%~1.85%,滿(mǎn)足測量(liàng)⭐精度要(yào)求。
　　伴随(suí)着經濟(jì)社會的(de)不斷發(fa)展,我國(guó)發電機(jī)組在發(fa)電🥰效率(lǜ)、能💛源結(jie)構、環境(jing)效益等(děng)多方面(miàn)都面臨(lin)着轉✍️型(xing)升級的(de)嚴峻✔️挑(tiāo)戰。中國(guó)在2007年已(yi)經成爲(wèi)全球溫(wēn)室氣體(tǐ)第一大(dà)排🌂放國(guo)家川。習(xí)近平總(zǒng)書記在(zài)聯合國(guo)-般性辯(biàn)論⭕會.上(shang)承諾[2],中(zhōng)國碳排(pái)放量力(li)争分别(bié)于2030年和(hé)2060年前實(shí)現達峰(feng)和中和(hé),作爲一(yi)種變革(ge)性火力(li)發🔞電技(jì)術超臨(lín)界二氧(yang)化碳循(xún)環是實(shi)現能源(yuan)結構轉(zhuǎn)型進程(chéng)中的重(zhòng)要手段(duàn)。
　　随着“雙(shuang)碳”目标(biao)的逐步(bù)落實，超(chao)臨界二(er)氧化碳(tàn)(溫度❤️高(gao)于303.98K、壓🌈力(li)高于7.38MPa)被(bei)廣泛應(yīng)用,其作(zuo)爲工質(zhì)的布雷(lei)頓循環(huán)具有極(ji)高的熱(rè)源适用(yòng)性,可應(ying)用于太(tai)陽能、核(hé)能、餘熱(rè)等多種(zhong)場景。且(qie)💯由于超(chāo)臨界二(èr)氧化碳(tàn)密度大(dà)、黏性小(xiǎo)、壓縮性(xing)好、循環(huán)過程無(wu)相變，相(xiang)比于傳(chuán)統水工(gong)質,超臨(lin)✔️界二氧(yǎng)化碳循(xun)環珂以(yi)實現更(geng)高的循(xún)💋環效率(lǜ),Dostal等[3]指出(chu)在透平(ping)人口工(gōng)🐉質溫度(dù)高于550℃條(tiao)件下,超(chao)臨界二(èr)氧化碳(tàn)✍️循環發(fā)🐉電系統(tǒng)性能顯(xiǎn)著高于(yú)水🏃🏻循環(huán)系統。此(cǐ)外，配合(he)⭐間歇性(xing)、随機性(xing)強🈲的可(ke)再生能(néng)🏃‍♂️源供電(dian)以保障(zhàng)社會用(yong)電穩定(dìng)是未來(lai)火力發(fa)電重要(yào)任務,超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tan)系統靈(ling)活性高(gao)、能實現(xiàn)完全熱(rè)電解耦(ou)的特點(dian)也使其(qi)更能滿(mǎn)足未來(lai)火力發(fā)電的深(shen)度調峰(feng)需求。
　　系(xi)統内部(bu)流動工(gōng)質流量(liàng)的正确(què)測量是(shì)其得以(yi)應用的(de)基🔆礎。當(dāng)😍前超臨(lín)界二氧(yǎng)化碳主(zhǔ)要用于(yu)藥物/化(huà)學試劑(jì)萃取、油(yóu)田驅油(yóu)等💋溫度(du)、壓力相(xiang)對較低(di)的場☎️景(jing),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(dá)到極高(gao)的溫度(du)💔與壓力(lì),二氧化(huà)碳的密(mi)度、比熱(re)、黏度等(deng)物性參(can)數發生(shēng)了顯著(zhe)變化,對(duì)于該條(tiao)件下二(èr)氧化碳(tàn)流量測(ce)量,傳統(tong)流量測(cè)量方法(fa)将不再(zai)适用。孔(kǒng)闆流量(liàng)計是--種(zhong)技術成(cheng)熟且适(shì)合于高(gāo)溫高壓(ya)流體流(liú)量測:量(liàng)的方法(fǎ),經過多(duo)年發展(zhan)孔闆流(liu)量計已(yi)形成标(biao)🌈準化形(xing)式,主✨要(yao)包括兩(liang)部分,分(fen)别是🍓具(jù)有✊直角(jiǎo)邊緣的(de)-段節流(liú)孔,以及(ji)在節流(liú)孔後具(jù)有一斜(xié)角的錐(zhuī)形擴流(liu)段,其結(jié)構如🏃圖(tu)1所示。然(ran)而有關(guan)測量♈超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tàn)循環中(zhōng)🔞工質流(liú)量的孔(kǒng)闆流量(liàng)計設計(ji)方案,國(guó)内外并(bìng)無經驗(yàn)借鑒🛀🏻。因(yīn)此需要(yao)針對超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tàn)🐇工質🔞的(de)全新特(te)性,探究(jiū)孔闆結(jie)構❄️參數(shu)的變化(hua)對于流(liu)量系數(shù)的影🤞響(xiǎng),同時驗(yàn)證現有(yǒu)标準中(zhong)🌏的相關(guan)規定對(duì)于超臨(lín)界二氧(yǎng)化碳工(gōng)質是否(fǒu)适用。.
　　我(wǒ)國學者(zhě)采用數(shu)值模拟(nǐ)爲主,實(shí)驗驗證(zheng)爲輔的(de)研究方(fāng)式,以水(shuǐ)或天然(ran)氣爲研(yan)究對象(xiang),開展了(le)管徑、孔(kǒng)徑厚度(dù)等🥰結構(gòu)參數對(duì)孔👌闆流(liu)量計的(de)影響研(yan)究。孔闆(pǎn)直徑比(bi)、厚度等(děng)參數會(huì)顯著影(ying)響孔闆(pǎn)的節流(liú)特性,從(cóng)而影響(xiǎng)流量計(jì)的計量(liang)性❤️能。當(dang)直徑比(bǐ)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(yu)0.3時，流量(liàng)系數逐(zhú)漸遞增(zēng),但增速(sù)較緩;直(zhí)徑比在(zài)0.2~0.8範圍内(nèi)時，流量(liàng)系數🈲随(sui)β增大✌️呈(cheng)先減小(xiao)後增大(dà)的趨勢(shi),并以0.55爲(wei)分界點(dian),其中🤟β在(zài)0.45~0.65之間時(shí)可控制(zhì)誤差在(zài)3%以内。與(yu)直徑比(bi)不同,流(liu)量系數(shu)随孔❄️闆(pǎn)厚度的(de)變化特(te)性較--緻(zhi)。厚度e增(zēng)加，流出(chū)系數⭕直(zhí)線上升(sheng);林棋🌈等(deng)人[4-5]也認(ren)爲流出(chu)系數随(sui)縮徑孔(kǒng)厚度增(zēng)大而增(zēng)大;在模(mó)型中考(kao)慮了引(yǐn)壓管的(de)存在,結(jie)果顯示(shi),e變化0.15mm時(shi)，流出系(xi)數變化(huà)1.56%;e變化😄1mm時(shí)，流出系(xi)數變化(hua)2.125%。
 
　　近年來(lai)的理論(lùn)知識、不(bú)斷優化(huà)的算法(fa)以及不(bú)斷更新(xīn)擴充的(de)實驗數(shù)據庫等(děng)都保證(zheng)了數值(zhí)模拟研(yan)究的正(zheng)确率與(yǔ)精度,因(yīn)而逐💘漸(jiàn)成爲主(zhǔ)流研究(jiū)方法之(zhi)一。孔闆(pǎn)流量計(jì)♋管道内(nei)部介質(zhì)流動複(fu)雜,參數(shù)變化劇(ju)烈,采用(yòng)數值模(mo)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(ci)是孔闆(pǎn)流量計(jì)研究的(de)有力工(gōng)具。部分(fèn)學者🚶利(li)用數值(zhi)模拟對(dui)孔闆流(liú)量計結(jie)構進行(hang)了優化(hua)設計。利(lì)用Fluent模拟(nǐ)了一種(zhǒng)半雙曲(qu)線型的(de)新♉式孔(kong)闆流量(liang)計,并同(tong)時利用(yòng)牛頓流(liú)體和非(fēi)牛頓流(liu)體進行(háng)驗👄證，發(fā)現這種(zhǒng)流量計(jì)可使内(nèi)部介質(zhì)近似🥰無(wu)剪切流(liú)動,大大(dà)消除了(le)渦流和(hé)停滞區(qū)等流動(dòng)結構;研(yan)究發現(xian)在孔闆(pǎn)流量💰計(jì)✂️下遊插(cha)入-個環(huan)可以有(you)效減少(shǎo)壓力損(sǔn)失,并利(lì)用數值(zhí)🥰模拟和(he)遺傳算(suàn)法優化(huà)結構,可(kě)減少33.5%的(de)壓力損(sǔn)失,極大(da)的降低(di)了能耗(hào)和成本(běn)。
　　因此,本(ben)文進行(háng)了孔闆(pǎn)流量計(ji)結構參(can)數對于(yú)流量系(xì)數影⛹🏻‍♀️響(xiǎng)的模拟(ni)研究,包(bāo)括直徑(jing)比、節流(liú)孔厚度(dù)、孔闆厚(hòu)🤩度等結(jié)構參數(shu),明确了(le)在超臨(lin)界二氧(yǎng)化碳工(gōng)質典型(xing)工況下(xia)不同結(jié)構參數(shu)對流量(liang)🈲系數的(de)影響,同(tóng)時将通(tōng)過現行(hang)孔闆流(liu)量計🚩國(guó)際标準(zhǔn)文件中(zhōng)經驗公(gōng)式計算(suàn)得到的(de)結果與(yu)數值模(mo)拟結果(guǒ)進行比(bǐ)🥰較,提出(chu)了針對(duì)超臨界(jiè)二氧化(hua)碳工質(zhi)的孔闆(pan)流量計(ji)結構參(can)數推薦(jian)🥵範圍與(yu)🤞推薦設(shè)計值,提(tí)升了其(qí)測量精(jing)度。除此(ci)之外，還(hai)🚩探究了(le)孔闆人(ren)口♻️直角(jiao)邊緣鈍(dun)化對孔(kǒng)闆流量(liang)計測量(liàng)精度的(de)影響,并(bìng)據此提(ti)出了新(xin)的針對(duì)現行孔(kǒng)闆流量(liàng)計國際(jì)标準文(wen)件中經(jing)驗公式(shi)計算得(dé)到的流(liu)量系數(shù)的修正(zhèng)系數。
1.計(jì)算模型(xíng)與模拟(nǐ)方法
1.1模(mó)型建立(li)與網格(gé)劃分
　　根(gen)據标準(zhun)文件[1]規(gui)定的孔(kong)闆流量(liang)計結構(gòu)設計與(yu)參數要(yào)求，本文(wen)分别建(jiàn)立了DN25和(hé)DN200兩種管(guǎn)徑的孔(kong)闆流量(liang)計,結構(gou)參數如(ru)表1所示(shi),在後文(wén)進行相(xiang)關研究(jiu)時均以(yǐ)該表⚽中(zhōng)的結構(gòu)參數💃爲(wèi)基礎參(can)數,依據(jù)該參數(shù)使用SolidWorks軟(ruǎn)件建立(lì)了孔闆(pan)流量計(ji)及其前(qian)後一定(dìng)長度管(guǎn)道的幾(ji)何模👣型(xíng),如圖2所(suǒ)示。
 
 
　　本文(wén)采用非(fēi)結構化(huà)網格進(jin)行模拟(ni)計算,利(lì)用AnsysMeshing軟件(jian)将孔闆(pan)流量☀️計(jì)管道劃(hua)分爲四(sì)面體網(wang)格和六(liu)面體網(wǎng)格相結(jié)合的🈲混(hun)合形式(shi)。除此之(zhi)外,爲了(le)準确捕(bǔ)捉到流(liú)場内的(de)細微變(biàn)化,在介(jie)質與管(guan)道内壁(bì)接觸處(chù)💛進行邊(bian)界層的(de)網格🐪劃(hua)分，采用(yong)平滑過(guò)渡法,第(di)一層⚽高(gāo)度根據(jù)面網格(ge)和過渡(dù)比進行(háng)确定⭐,最(zui)大層數(shu)爲🐆5層，增(zēng)長率爲(wèi)1.2,這時邊(biān)界層總(zǒng)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(gāo)節流孔(kong)闆内部(bu)及其到(dao)前後取(qu)壓截面(miàn)處的模(mó)拟精度(dù),利用影(yǐng)響球對(duì)孔闆前(qián)後長度(dù)爲D的流(liu)場範圍(wei)内進🚶行(háng)了🐕局部(bù)網格加(jiā)密,網格(gé)數量過(guo)少會導(dao)緻計算(suan)精度不(bú)足,而過(guo)多的網(wang)格數量(liang)則會無(wú)謂地🐇加(jiā)大計算(suan)🚶‍♀️工作量(liang),降低計(ji)算速📐度(dù)。本文對(duì)DN25和DN200兩種(zhǒng)管🚶徑不(bú)同的管(guan)道進行(hang)網格數(shu)量與計(jì)算結果(guǒ)無關性(xing)🐆的驗證(zhèng)，綜合計(ji)算精度(dù)與計算(suàn)速度考(kǎo)慮,對于(yu)DN25管道,選(xuǎn)取網格(gé)數分别(bie)爲956036和1190483時(shi)🍓,在各點(diǎn)測出的(de)壓力相(xiàng)差🆚均小(xiao)于0.01%，因此(ci)選擇劃(hua)分網格(ge)數爲956036;對(dui)于✨DN200管道(dao),選取網(wang)格數分(fen)别爲2308874與(yǔ)4328293時,在各(gè)點測出(chu)的壓力(lì)相差均(jun1)小于0.01%，因(yīn)此選擇(ze)劃分網(wǎng)格數爲(wei)2308874。
1.2模拟程(chéng)序參數(shù)設置
1.2.1物(wu)性參數(shu)設置
　　Refprop軟(ruan)件由NIST開(kāi)發，該軟(ruǎn)件含有(you)豐富的(de)數據庫(ku)以及适(shì)用于超(chāo)臨界CO,的(de)多個狀(zhuang)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(lín)界二氧(yang)化碳流(liú)體的物(wu)性參🈚數(shù)。其中物(wù)性參📞數(shu)采用FEK狀(zhuang)态方程(cheng)模型計(jì)算，黏度(dù)采用VS1模(mo)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(shi)。
 
1.2.2邊界條(tiao)件設置(zhì)
　　本文針(zhēn)對超臨(lin)界二氧(yang)化碳鍋(guō)爐人口(kǒu)處的循(xun)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(kou)與壓力(lì)出口,溫(wen)度、壓力(li)等參數(shu)的選取(qu)🧡爲超臨(lin)界二氧(yǎng)🈚化碳鍋(guo)爐入口(kǒu)處工質(zhi)典型參(can)數,即750K、21MPa。由(yóu)于循環(huan)系統運(yùn)行于高(gāo)壓環境(jìng)，管道的(de)壓力損(sun)失相較(jiào)而言很(hen)小，因此(ci)可認爲(wei)管道壓(ya)力爲恒(héng)定.值,壓(yā)力出口(kou)參數設(she)🐇置與人(ren)口相同(tong),其餘參(can)數保持(chi)默認不(bu)變;由于(yú)超臨界(jie)二氧化(huà)碳鍋爐(lu)人口處(chu)管道一(yi)般采取(qǔ)嚴格保(bǎo)溫措施(shi),因此可(kě)忽略壁(bì)面與工(gōng)質間的(de)換熱,設(she)置爲絕(jué)熱邊界(jiè)。
1.2.3數值模(mó)型設置(zhì)
　　本文主(zhǔ)要模拟(nǐ)超臨界(jie)二氧化(huà)碳工質(zhi)流經孔(kong)闆流量(liàng)🐆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(shù)的定義(yì)公式
 
　　計(ji)算可知(zhī)本文針(zhēn)對的超(chāo)臨界二(er)氧化碳(tan)工況下(xia)雷諾數(shu)均👨‍❤️‍👨遠大(dà)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻于4000,因此(ci)管道内(nèi)的流動(dòng)均處于(yú)湍流狀(zhuang)态,在進(jìn)行數值(zhí)模拟時(shí)需進行(háng)湍流模(mo)型的設(she)置,本文(wén)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(ya)松弛因(yīn)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(tōng)過減少(shǎo)兩層次(ci)之間計(ji)算.結果(guo)的👣差值(zhí)從而促(cu)進🏃收斂(lian)。本文設(she)置的亞(ya)松弛因(yīn)子如表(biao)🔞3所示。
 
1.3模(mo)型的驗(yan)證
　　基于(yú)上述設(she)置，本文(wen)針對溫(wen)度爲535.1~642.5K、壓(ya)力爲19MPa、質(zhi)量流量(liàng)爲🤟1.28kg/s的實(shi)驗㊙️工況(kuàng)進行了(le)模拟研(yán)究,模拟(nǐ)的孔闆(pan)結構🌏參(can)數、溫度(du)🆚、壓力、流(liu)量等參(can)🌈數以及(ji)數據處(chu)理方法(fǎ)均與實(shí)驗保持(chi)--緻,得到(dào)了超臨(lin)界🚶‍♀️二氧(yang)化碳工(gong)質的流(liu)量系數(shu)。将模拟(nǐ)計算得(dé)到的流(liu)量系數(shu)與實流(liu)測量結(jié)果進行(hang)對比,結(jie)果如圖(tu)4所示。,通(tong)過數值(zhi)模拟得(dé)到的流(liu)量系數(shù)與實驗(yàn)數據總(zong)體趨勢(shì)相似,在(zài)數值上(shàng)均高于(yu)實驗數(shu)據,但相(xiang)對于實(shi)驗數⭕據(ju)的偏差(chà)較小,偏(piān)差爲1.62%~2.69%。
 
　　造(zào)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(ding)的不确(que)定度、模(mo)拟參數(shù)的設置(zhì)無法與(yǔ)真實情(qíng)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(yàn)數據的(de)偏差,本(běn)文分别(bie)按各模(mo)拟結果(guo)相對同(tóng)工況下(xià)實驗數(shù)據的🏃‍♂️偏(piān)差平均(jun1)👈值進行(háng)修正。模(mo)拟得到(dào)流量系(xi)數相對(duì)實驗數(shù)據平🎯均(jun1)增大0.013,因(yīn)此對模(mó)拟結果(guǒ)減去該(gāi)修正值(zhi),修正後(hòu)相♈對偏(piān)差爲0.016%~0.674%。
上(shàng)述結果(guǒ)說明數(shù)值模拟(nǐ)方法與(yǔ)實驗結(jie)果的一(yi)緻性較(jiao)好,因此(ci)本文建(jiàn)立的數(shu)值模拟(ni)方法可(ke)用于後(hòu)續進一(yī)步😍的研(yán)究。
2孔闆(pǎn)結構參(cān)數對流(liu)量系數(shu)影響
2.1直(zhi)徑比的(de)影響
　　直(zhí)徑比會(huì)顯著影(yǐng)響孔闆(pan)對于介(jiè)質流過(guo)的節流(liu)效果,改(gǎi)⭐變💜介質(zhi)流過的(de)速度、壓(ya)力等參(cān)數,是影(yǐng)響孔闆(pǎn)流量計(ji)測量性(xing)能的首(shǒu)要因素(sù)。ISO國際标(biāo)準中規(gui)定,孔闆(pǎn)流量計(jì)的直徑(jìng)比一般(bān)在0.1~0.75内變(bian)化,本文(wen)分别選(xuǎn)取直徑(jìng)比在0.3~0.9之(zhī)内的7個(ge)工況進(jin)行了模(mó)拟計算(suàn),探究孔(kong)闆流量(liàng)計直徑(jìng)比對流(liú)量系數(shu)的影響(xiǎng)📱，得到的(de)結果如(ru)圖5所示(shì)。
對數據(jù)進行分(fen)析可知(zhi):
(1)孔闆流(liú)量系數(shù)随直徑(jìng)比的變(bian)化趨勢(shì)與管徑(jìng)無關。随(suí)着孔闆(pǎn)直徑比(bi)增大,DN25和(he)DN200管道内(nèi)孔闆流(liú)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(fàn)圍内較(jiào)㊙️平穩、而(ér)後者在(zai)0.5~0.8範圍内(nei)較平穩(wěn);
(2)标準文(wen)件[10]中經(jīng)驗計算(suan)公式的(de)結果随(suí)直徑比(bǐ)增加🈲而(ér)逐漸下(xià)降,其中(zhōng)直徑比(bi)在0.3~0.6範圍(wei)内時下(xia)降趨勢(shì)較平緩(huan),當超過(guò)0.6時下降(jiang)值逐🐉漸(jian)增大;
(3)孔(kong)闆流量(liang)系數在(zài)β爲0.3~0.6時小(xiǎo)于經驗(yàn)公式計(jì)算值,此(ci)範圍内(nei)使用經(jing)驗計算(suan)公式會(huì)使測量(liang)結果較(jiào)真實值(zhi)大2.45%~47.03%;β在0.7~0.9時(shí)孔闆流(liú)量系數(shu)大于經(jīng)驗公式(shi)計算值(zhí)，此時使(shǐ)用經驗(yan)計算🐉公(gong)式會使(shǐ)測量值(zhí)比實際(jì)值小0.5%~60.19%;
(4)當(dang)直徑比(bǐ)在标準(zhǔn)文件[10]規(guī)定的0.1~0.75範(fàn)圍内時(shí),孔闆流(liú)量系☀️數(shu)的模拟(nǐ)結果與(yu)經驗公(gōng)式計算(suàn)結果的(de)相對誤(wù)差波💜動(dong)較大,如(ru)對DN25管道(dao)而🌂言,β爲(wèi)0.3時相對(duì)偏差達(da)到47.03%,而β爲(wèi)0.7時相對(duì)偏差💜僅(jǐn)爲0.5%。因此(cǐ)對于📐超(chao)臨界👨‍❤️‍👨二(èr)氧化碳(tàn)工質而(ér)言，孔闆(pan)直徑比(bi)的選擇(ze)範圍應(yīng)較标準(zhun)規定範(fàn)圍縮小(xiao);對于超(chao)臨界二(er)氧👌化碳(tàn)工質而(ér)✉️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(yu)經驗公(gōng)式‼️計算(suàn)結果的(de)相對誤(wu)差較小(xiǎo)，其中DN25管(guǎn)道相對(duì)誤差爲(wèi)0.5%~2.45%,DN200管道相(xiang)對誤差(chà)爲2.27%~3.6%。
 
2.2節流(liú)孔厚度(du)的影響(xiǎng)
　　孔闆節(jie)流孔厚(hou)度決定(ding)了超臨(lín)界二氧(yǎng)化碳工(gong)質流🔅過(guo)♋收縮管(guan)道的長(zhang)度,是影(ying)響孔闆(pan)節流能(néng)力的主(zhu)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(ying)🧡響,進而(ér)影響測(cè)量結果(guo)。标準文(wén)💯件[10]規定(ding)标準孔(kǒng)闆節流(liú)孔厚度(dù)應在0.005D~0.02D之(zhi)間,對應(yīng)DN25管道的(de)✨e應在0.115~0.46mm,DN200管(guǎn)道的e應(ying)在0.695~2.78,本文(wén)分别模(mó)拟了DN25管(guan)道e爲0.1~0.7mm、DN200管(guan)道🏒e爲0.2~4.2mm時(shí)超臨界(jie)二氧化(huà)碳工質(zhi)流過節(jiē)流孔闆(pǎn)的流量(liàng)系數變(bian)化,爲便(bian)于對比(bǐ),以e/D爲橫(heng)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(pǎn)流量系(xi)數随e/D的(de)變化趨(qū)勢與管(guǎn)徑無關(guān)。随着e/D逐(zhú)🌈漸增加(jiā),DN25和DN200管道(dào)内孔闆(pan)的流量(liàng)系數均(jun1)呈現先(xiān)減小後(hòu)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(xi)數先急(ji)劇增大(da),随後保(bao)持平緩(huǎn)增長;
(2)标(biāo)準文件(jiàn)[I0]中經驗(yan)計算公(gong)式的結(jie)果不随(suí)節流孔(kǒng)厚☁️度👣而(ér)🥰發💁生改(gai)變,其中(zhong)DN25管道的(de)經驗公(gōng)式計算(suan)結果略(lue)大-一些(xiē),模🐇拟得(de)到的DN25和(he)DN200管道的(de)流量系(xi)數均小(xiao)于經♋驗(yàn)公式🚩計(ji)算結果(guo),其中前(qian)者的相(xiang)對誤差(chà)爲0.18%~1.84%,後者(zhe)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(fan)圍内,孔(kǒng)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(zai)2%以下,因(yin)此标🌈準(zhǔn)中規定(ding)的孔闆(pan)節流孔(kǒng)厚度範(fan)圍可以(yi)接受;同(tóng)時還發(fā)現當節(jie)流孔厚(hou)⭕度超過(guò)🔞規定範(fàn)圍一定(ding)值後,相(xiàng)對誤差(chà)仍可接(jiē)受,甚至(zhì)相對誤(wù)差還可(kě)能🚶‍♀️減少(shǎo)，如DN25管道(dào)😘的e爲0.6mm、0.7mm時(shi),均超出(chu)了規定(ding)上限0.46mm,但(dan)相對誤(wu)📧差分别(bie)達到了(le)0.3%和0.18%，因此(ci)标準中(zhong)🈲規定的(de)節流孔(kǒng)厚度範(fan)圍在針(zhēn)✂️對超臨(lín)界二氧(yang)化碳工(gong)質時可(ke)以适當(dang)擴大,推(tuī)薦DN25管道(dào)孔闆節(jiē)🥵流孔厚(hòu)度可在(zài)0.004D~0.03D内變化(huà)，DN200管道在(zai)0.005D~0.03D範圍内(nei);
(4)基于模(mó)拟結果(guo)給出相(xiang)對誤差(cha)更小時(shí)對應孔(kong)闆節流(liú)孔厚度(dù)的推薦(jiàn)值,其中(zhōng)DN25管道孔(kǒng)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(shí)，相對誤(wù)差🌈小于(yú)1.5%;DN200管道孔(kǒng)闆在e/D爲(wèi)0.005~0.012及0.027~0.03時,對(duì)應e爲0.7~1.7mm及(jí)3.7~4.2mm時，相對(duì)誤差小(xiao)于等于(yú)1.5%。
2.3孔闆厚(hòu)度的影(ying)響
　　由圖(tú)1可知，标(biāo)準孔闆(pan)在節流(liú)孔之後(hòu)還設置(zhi)一定長(zhang)度的錐(zhui)形擴流(liú)段,與節(jiē)流孔段(duan)共同組(zǔ)成孔闆(pǎn)的節🈲流(liu)段,該擴(kuò)流段長(zhang)度也會(huì)🏃對孔闆(pǎn)的節流(liú)能力産(chǎn)生影響(xiǎng),從而改(gǎi)變工質(zhi)流過孔(kǒng)闆後的(de)速度、壓(ya)力等參(can)🏃🏻數,對測(ce)量☎️精度(du)産生影(yǐng)響。标準(zhun)⁉️文件[10]規(guī)定孔闆(pan)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(zai)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(hòu)度用以(yi)探究流(liu)量系數(shu)的變化(hua),其中DN25管(guǎn)道孔闆(pǎn)厚度E爲(wèi)0.5~1.4mm,DN200管道孔(kǒng)闆厚度(du)E爲3~8mm,模拟(nǐ)結果如(ru)圖7所示(shi)。
 
對數據(jù)進行分(fèn)析可知(zhi):
(1)孔闆流(liú)量系數(shu)随E/D的變(biàn)化趨勢(shi)與管徑(jìng)無關。随(suí)着E/D逐漸(jian)增加,DN25管(guǎn)道🐇和DN200管(guan)道内孔(kong)闆流量(liàng)系數呈(cheng)現近似(sì)相同的(de)變化趨(qu)勢:即下(xia)降上⚽升(sheng)-平穩-下(xià)降,主要(yào)區别在(zai)于DN200管道(dao)内孔闆(pǎn)流量系(xi)數下降(jiang)和上升(sheng)的趨勢(shì)更加明(ming)顯;
(2)流量(liang)系數經(jing)驗計算(suan)公式的(de)結果不(bú)随孔闆(pan)厚.度而(er)發📱生☁️變(biàn)化，其❓中(zhong)DN25管道的(de)經驗公(gōng)式計算(suan)結果偏(piān)大--些,DN25和(hé)DN200管道的(de)流量系(xi)數🏃‍♀️均小(xiǎo)于經驗(yàn)公式計(ji)算值,因(yin)此🤞當使(shi)用經驗(yan)公式進(jìn)行工質(zhi)流量計(jì)算💋時會(hui)造成計(jì)算結果(guo)偏大;
(3)在(zai)标準文(wén)件[10]規定(dìng)孔闆厚(hou)度範圍(wéi)内,DN25和DN200管(guan)道内孔(kǒng)闆♌流量(liàng)系數與(yu)🔞經驗計(ji)算公式(shì)的相對(dui)誤差均(jun)在2%以下(xia)，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(lín)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(he)DN200兩種管(guǎn)徑的孔(kong)闆厚度(dù)E達到❤️0.06D左(zuo)右時，雖(suī)然已經(jīng)超出了(le)規定的(de)0.05D這一限(xian)值,但相(xiang)對誤差(cha)仍小🔞于(yú)2%，處于可(kě)接受的(de)範圍,但(dàn)依據變(bian)化趨勢(shi)可以❗合(he)理預測(ce)，當孔闆(pan)厚度🙇🏻繼(ji)續增加(jiā)時，相對(duì)誤差将(jiang)大于2%，因(yin)🔞此建議(yì)對于超(chāo)臨界🏃🏻二(èr)氧化碳(tan)工質而(ér)言,孔闆(pǎn).厚度可(ke)設置在(zai)0.02D~0.06D之間。
2.4孔(kǒng)闆流量(liang)計結構(gòu)參數設(she)計建議(yi)
　　通過對(dui)孔闆流(liú)量計各(ge)結構參(cān)數的模(mo)拟研究(jiū),明确💔了(le)在進行(háng)超🔴臨界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)質量流(liu)量測量(liàng)時,孔闆(pan)流量❗系(xi)數随各(ge)結構參(cān)數的變(bian)化趨勢(shì)與相對(dui)誤差,本(ben)節主要(yào)對以上(shàng)模拟結(jie)果進行(háng)總結分(fèn)析,參考(kǎo)《用能單(dan)位能源(yuan)計量器(qi)具配備(bei)和管理(lǐ)通則》中(zhōng)的✌️精度(du)規定，，給(gěi)⭐出了針(zhen)對超臨(lin)界二氧(yǎng)化碳工(gong)質的孔(kǒng)闆流量(liàng)計結構(gou)參數推(tuī)薦設計(jì)範圍,在(zai)該範圍(wéi)内經驗(yàn)計算公(gong)式的計(ji)算結果(guǒ)🌐可滿足(zú)2.5精度等(děng)級要求(qiú),還進❤️一(yī)步提出(chu)了該範(fàn)💋圍内精(jing)度相對(duì)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(biāo)準ISO5167-2:2003中标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji)各結構(gou)參數的(de)規定範(fan)圍進行(háng)對比,如(rú)表💃4所示(shi)。
 
　　可以看(kàn)出,對于(yú)超臨界(jie)二氧化(huà)碳工質(zhi)而言,标(biāo)準文件(jiàn)[10]規定的(de)孔闆流(liú)量計各(ge)結構參(cān)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(fàn)圍過大(dà),對應的(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量系(xi)數的相(xiàng)對誤差(cha)也波動(dong)較大,從(cóng)0.5%到47.03%不等(deng),而當直(zhí)徑比在(zai)0.6~0.7範圍内(nèi)時,可将(jiang)相對誤(wu)差有效(xiào)降低至(zhi)0.5%~3.6%;在标準(zhǔn)文件[10]規(guī)定的節(jiē)流孔厚(hou)度、孔闆(pan)厚度等(deng)參數範(fàn)圍内,絕(jué)大多👅數(shu)流量系(xi)數的相(xiang)對誤差(cha)可控制(zhi)在2%以下(xià)，因此其(qí)規定範(fan)⛱️圍可以(yǐ)繼續使(shǐ)用,同時(shi)本文的(de)數值模(mó)拟結果(guo)顯示，當(dāng)孔闆的(de)以，上幾(ji)個結構(gou)參數的(de)數值超(chao).出其規(guī)定範圍(wéi)時,最大(da)相對誤(wu)差也僅(jin)爲2%左右(you)，因此對(dui)于超臨(lin)界二氧(yǎng)🤩化碳工(gong)質而言(yan)，孔闆的(de)節流孔(kong)厚度、孔(kǒng)闆厚度(du)等參數(shù)均可一(yi)定程度(du)上超出(chu)🌈标準中(zhong)的規定(ding)範圍，相(xiang)對🈚誤差(chà)☀️也可接(jie)受。
3入口(kou)直角邊(biān)緣尖銳(rui)度及其(qí)修正系(xi)數的模(mó)拟研究(jiū)
　　一般而(ér)言,孔闆(pan)人口邊(bian)緣應該(gāi)是尖銳(ruì)的,其與(yǔ)超臨界(jiè)二氧化(hua)碳工質(zhi)首先直(zhí)接接觸(chù),如果其(qi)尖銳度(dù)不夠的(de)話則無(wu)法🤞保證(zhèng)🐉對于工(gong)質的節(jie)流作用(yong)達到預(yù)期,因而(er)會對測(ce)量精度(dù)産生影(ying)響。在孔(kong)闆實際(ji)工作過(guo)程:中,可(kě)能存在(zai)加工精(jīng)度不足(zú)、工質磨(mo)☀️損、腐蝕(shí)等問題(tí)的存在(zai),造成直(zhi)角邊✔️緣(yuan)變鈍,故(gù)标準文(wen)件[10]規定(ding)✉️,孔闆人(ren)口邊緣(yuan)的圓弧(hu)半徑應(ying)小于等(děng)于0.0004D,在此(cǐ)限值之(zhi)内的誤(wù)💜差是可(ke)以接受(shou)的,若超(chao)過這一(yī)-限值,則(ze)無法保(bǎo)證測量(liang)精度,應(ying)進行相(xiang)應的維(wei)修、更換(huan)或修正(zhèng)等。本文(wén)模拟了(le)孔闆人(ren)口邊緣(yuan)圓弧半(bàn)徑爲0~0.015D時(shí)✏️孔闆的(de)流量系(xi)數變化(huà)趨勢,結(jie)果如圖(tú)8所示。
 
分(fèn)析結果(guo)可以得(de)出:
(1)孔闆(pǎn)人口邊(biān)緣尖銳(rui)度對于(yú)孔闆流(liu)量系數(shù)的影響(xiǎng)趨勢💋與(yu)管徑無(wu)關。随着(zhe)孔闆人(ren)口邊緣(yuán)逐漸變(biàn)鈍,DN25和🈲DN200兩(liang)種💚管道(dao)的孔闆(pǎn)流👈量系(xì)🌈數呈現(xiàn)近似相(xiang)同的變(biàn)化趨勢(shì)，均随着(zhe)人口圓(yuan)弧半徑(jing)的增大(da)而先增(zēng)大後減(jian)小,分别(bié)在r達到(dào)0.01D和0.008D時流(liu)量系數(shù)㊙️達到最(zuì)大;
(2)孔闆(pan)人口邊(bian)緣開始(shi)鈍化時(shi),流量系(xi)數顯著(zhe)增加,遠(yuan)大于經(jīng)驗計算(suàn)公式結(jie)果,因此(cǐ)造成使(shi)用經驗(yàn)計算公(gong)式時得(de)到的工(gōng)質質量(liang)流量相(xiàng)對真實(shí)值很小(xiǎo)，其中DN25管(guǎn)道内相(xiang)對誤差(chà)爲5.16%~12.61%,DN200管道(dao)的♊相對(dui)誤差爲(wei)5.13%~11.96%;
(3)對于超(chao)臨界二(er)氧化碳(tan)工質而(er)言,當孔(kǒng)闆人口(kǒu)直角邊(bian)緣變鈍(dùn)後,應立(lì)即進行(háng)相應的(de)處理或(huo)流量系(xì)數的修(xiū)正,否則(ze)誤💃🏻差将(jiang)會變得(de)很大。
　　當(dang)使用标(biao)準文件(jian)[10]給出的(de)不同邊(bian)緣尖銳(rui)度對應(ying)的修正(zheng)💁系🌂數⭐b進(jìn)行孔闆(pǎn)流量系(xì)數的修(xiu)正時,可(ke)以--定程(cheng)⁉️度上減(jian)少🐆流量(liàng)系數的(de)相對誤(wù)差。本文(wén)使用表(biǎo)5中的修(xiu)正系👈數(shu)b對經驗(yan)公式計(ji)算結果(guǒ)進行修(xiu)正,結果(guǒ)如圖9所(suǒ)示。
 
 
　　結果(guǒ)顯示，對(duì)于超臨(lin)界二氧(yǎng)化碳工(gōng)質而言(yán),當使用(yong)修正系(xì)數b進行(háng)孔闆流(liú)量系數(shù)的修正(zhèng)後,僅可(kě)使部分(fèn)邊緣圓(yuán)弧半徑(jìng)對🌈應的(de)孔闆流(liú)量系數(shu)相對誤(wù)差降低(dī)到可以(yǐ)接受的(de)程度,而(ér)大部分(fèn)情況下(xia)相對誤(wu)差仍比(bi)較大,如(rú)DN25管道多(duō)數情況(kuang)下的流(liú)量🐇系數(shù)相對🔆誤(wù)差在4.41%~6.94%之(zhi)間,DN200管道(dào)的相對(duì)誤差多(duō)數在3.74%~7.11%,因(yīn)此該修(xiu)正系數(shu)b對于超(chao)臨界二(èr)氧化碳(tan)工質并(bìng)不适用(yòng)。
　　對DN25和DN200管(guǎn)道的模(mo)拟流量(liang)系數及(ji)經驗公(gong)式計算(suan)結果求(qiú)平均,得(de)到針對(duì)超臨界(jiè)二氧化(huà)碳工質(zhi)的不同(tóng)孔闆邊(bian)緣尖銳(ruì)度🈚對應(ying)🔞的修📞正(zhèng)系數b,如(ru)表6所示(shi)。将更正(zhèng)的修正(zhèng)系數應(ying)用于模(mó)拟數據(jù)，結果如(rú)圖10所示(shì)。
 
　　可以看(kàn)出,當使(shǐ)用更正(zhèng)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(suan)結果的(de)修正後(hòu),得到的(de)流量系(xi)數與模(mó)拟結果(guo)拟合較(jiào)好,其中(zhong)DN25管道相(xiàng)對誤差(cha)爲0.11%~1.21%,DN200管道(dao)💚相對誤(wu)差爲0.11%~1.85%。
4結(jie)論
　　本文(wén)開展了(le)孔闆流(liú)量計的(de)數值模(mó)拟研究(jiū)，探究了(le)孔闆的(de)㊙️各結構(gou)參數對(duì)超臨:界(jiè)二氧化(huà)磯工質(zhi)流量系(xi)數的影(ying)響,基于(yú)此給出(chū)了孔闆(pan)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(jiao)邊緣尖(jiān)銳度對(duì)✉️流量系(xì)數的影(ying)響,得到(dao)的主要(yao)結論如(rú)下:
(1)現行(hang)标準文(wen)件中的(de)孔闆流(liú)量計結(jie)構參數(shù)的規定(ding)範圍測(ce)㊙️量☎️相🔅對(dui)誤差在(zai)0.5%~47%的較大(dà)範圍内(nei)波動,對(duì)于超臨(lin)界二氧(yǎng)👣化碳㊙️工(gong)質并不(bú)适用。
(2)本(ben)文針對(dui)超臨界(jie)二氧化(hua)碳工質(zhi)提出了(le)孔闆.流(liu)量💃🏻計🏃‍♀️結(jié)構參數(shù)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼推薦設(she)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(kong)闆厚度(du)應爲0.02~0.06倍(bei)的管道(dao)内徑,在(zài)該範♋圍(wei)内絕🛀🏻大(dà)多數👅工(gong)況下流(liú)量系數(shu)的相對(duì)誤差可(ke)控制在(zài)2%以下;
(3)孔(kǒng)闆人口(kou)邊緣鈍(dùn)化會使(shǐ)流量系(xi)數顯著(zhe)增加,且(qie)修正系(xi)數b并不(bu)⚽能使相(xiàng)對誤差(cha)降低至(zhi)可以接(jie)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(duì)不同工(gōng)況提出(chū)不同修(xiu)正參數(shù),修正後(hòu)經驗🛀🏻公(gōng)式的相(xiàng)對誤差(chà)降低爲(wei)0.11%~1.85%。

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