摘要(yao):多孔孔闆差壓(ya)式流量計 因其(qi)快速平衡調整(zheng)流場和有效降(jiang)低壓力損失等(deng)🏃🏻‍♂️能力得到廣泛(fàn)應用,但其尚缺(que)乏完整的結構(gòu)參數設計和性(xìng)🐕能優化設計準(zhǔn)則。針對提出的(de)對稱多孔孔闆(pǎn)差壓式流量計(jì)進👉行實流試驗(yàn),研究其計量性(xing)能并與數值模(mo)拟結果進行對(duì)比分析,結果表(biǎo)明,對稱多孔孔(kǒng)闆差壓式流量(liang)計可有效提高(gao)計量精度❄️(+0.5%)、降低(di)壓力損失,具有(yǒu)更好的适應性(xing),試驗結果與數(shu)🌐值模拟結果具(jù)有一緻性💋,驗證(zheng)了數值模拟的(de)正确性并對新(xin)型流量計進行(háng)了标定，研究☀️結(jié)果可有效拓寬(kuān) 多孔孔闆流量(liang)計 的應用範圍(wei)。
0引言
　　流量計量(liàng)是工業生産的(de)眼睛,廣泛應用(yong)于科學研究💔、工(gōng)農業生🐅産、國防(fáng)建設以及人民(mín)生活等領域，諸(zhū)多流量計中,傳(chuán)統差壓式流量(liang)計因其結構簡(jiǎn)單、成本低、實驗(yàn)數據豐富、标準(zhun)化程度高等優(yōu)點,應用最🔆爲廣(guǎng)泛。但在實際應(ying)用中很多工況(kuang)條件無法滿足(zú)測量要求(如低(di)于标準中推薦(jiàn)的雷諾數範圍(wéi)、測量介質中混(hùn)有泥沙等),進而(ér)限制了其應用(yòng)範圍。
　　在這些情(qing)況下,非标準 差(cha)壓式流量計 得(dé)到快速發展和(he)進一步的應用(yong)，目前最具代表(biao)性的非‼️标準差(cha)🔞壓式流量計主(zhǔ)要有錐形流量(liang)計和多孔孔闆(pan)流量計多孔孔(kong)闆流量計不但(dan)繼承了标準孔(kong)闆流量計的㊙️優(yōu)點，而且能夠快(kuài)速平衡調整流(liú)場，明顯減少渦(wō)流、降低死區效(xiao)應、減少流體動(dòng)能損失,在國際(ji)上引起廣泛關(guan)注，自2006年被引進(jin)我國市場以來(lai),得到廣泛應🈲用(yòng)。但因涉及商業(yè)機密,多孔孔闆(pǎn)流量計的結構(gou)參數與流出系(xì)數等計算公式(shi)未曾公🌈開。爲了(le)掌握該流量計(jì)的核心技術,國(guo)内科研技術人(rén)員對其進行了(le)大量研究，主要(yao)集中于孔闆💯結(jié)構參數優化及(ji)計量性能等方(fāng)面.[448。目前,實際應(ying)用中要根據不(bu)同測量條件來(lai)設計💘流量計，缺(que)乏完整的結構(gou)參數設計和性(xing)能優化設計⭐準(zhǔn)則指導。
　　對多孔(kǒng)孔闆流量計進(jin)行了大量的研(yan)究工作,結合多(duō)孔🏒整流器和标(biao)準孔闆聯合使(shi)用的測量原理(lǐ),提出了一種對(dui)稱多孔孔闆差(chà)壓式流量計的(de)設計方🌈法(即在(zai)中心節🏃🏻‍♂️流孔周(zhōu)圍均勻環形分(fèn)布若幹孔),采用(yòng)CFD數值模拟預測(cè)了‼️其内部流場(chang),并研究了孔數(shù)量對多孔孔闆(pǎn)流量計流場特(te)性的影響規律(lü)[920但數值模拟隻(zhi)能爲研究提供(gòng)方向性的指導(dao)，并不能很好的(de)指導實際生産(chǎn)。本文基于數值(zhi)模✨拟結果搭建(jian)對稱多孔孔闆(pan)差壓式⛷️流量計(jì)實流标校❌試驗(yàn)平台,對其計量(liàng)性能進行試驗(yan)研究，檢🍉驗了CFD設(shè)計成果的有效(xiao)性,并對新型流(liú)量計進行了标(biāo)定。
1多孔孔闆流(liu)量計
　　課題組提(tí)出并設計的多(duō)孔孔闆流量計(ji)結合了多孔整(zhěng)流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼器🌈和标準孔(kǒng)闆的測量原理(lǐ),基本結構爲在(zài)節流闆中心一(yi)個圓孔的基礎(chu)上,對稱分布數(shù)量不等的圓孔(kǒng),如圖1所示,均勻(yún)分布的圓孔的(de)總面積和💛标準(zhǔn)孔闆的開孔面(mian)積相等。流量計(ji)整體結構如圖(tú)2所示。

　　多孔孔(kong)闆流量計的測(cè)量原理是以能(neng)量守恒定律💜和(hé)質量守🈲恒定律(lǜ)爲基礎的,即在(zai)流量檢測時,所(suo)測介質流過圓(yuan)孔的同🍓時進行(háng)流體整流，減小(xiǎo)節流裝置後形(xíng)成的渦🌈流,形成(chéng)較穩定的紊流(liu)(近似理想流體(tǐ)),從而獲得穩定(ding)的差壓信号,根(gēn)據伯努📞利方程(chéng)計算出流體的(de)流量:

式中:Q爲介(jie)質流量;K爲儀表(biǎo)系數;Y爲膨脹系(xi)數;△p爲差壓值(Pa);ρ爲(wèi)介質工況密度(du)。
2數值模拟
　　針對(duì)設計的對稱多(duo)孔孔闆差壓式(shi)流量計,分别對(duì)開孔數量爲1.4、5.7(孔(kǒng)的分布位置如(rú)圖3所示,參數如(ru)表1所示)的流量(liàng)計采用CFD數值模(mó)拟技術分析了(le)其内部流場情(qing)況🌈,如圖4所示，研(yan)究了孔數量對(duì)多孔孔闆流量(liàng)計流場特性的(de)影響規律,得出(chu)☁️對稱多孔孔闆(pan)差壓式流量計(ji)具有可降低節(jie)流件前後渦流(liú)、快速平衡内部(bu)流場(前後直管(guan)段要求:前1D~3D,後0.5D~1D,其(qí)中D爲通流直徑(jing))、提高測量精度(dù)、降低壓力損失(shi)、适應性更好的(de)優點，随着孔數(shù)量的增加☔壓力(lì)損失逐漸降低(dī)、流出系數提高(gāo)的結論。
3試驗标(biāo)校平台的組成(cheng)
　　爲了驗證數值(zhí)模拟的正确性(xing),搭建對稱多孔(kong)孔闆差壓式流(liú)量計試驗标校(xiao)平台,由對稱多(duō)孔孔闆差壓式(shì)流量計、截止閥(fa)、 差壓變送器 、流(liú)量調節閥、 電磁(cí)流量計 、水泵和(he)水槽及管路系(xì)統組成,如圖5所(suǒ)示,其中對稱🐅多(duo)孔孔闆差壓式(shi)流量計和電磁(cí)流量計與試驗(yàn)管⭐道均通過法(fa)蘭連接。試驗過(guo)程中,流量計工(gōng)裝示意圖如圖(tú)6所示。
　　工作原理(li)如下:通過試驗(yàn)管路變頻調速(sù)水泵及上遊🤩側(cè)流量調節閥開(kāi)度的适當調節(jiē),獲得流速0~7m/s連續(xu)可調💃的流體介(jie)質,并采用高精(jing)度電磁流量計(jì)(作爲标準器具(jù),精度+0.2%R)測量實際(jì)流量(流速),利用(yong)高準.确度💁差壓(yā)變送♉器(EJA110E系列、量(liàng)程0~100kPa、精度+0.065%FS)測量壓(yā)差值🈲及壓力損(sun)失值。
　　爲了與數(shù)值模拟結果進(jìn)行比較,相應設(she)置保持一緻性(xìng):介質💯采用水(環(huan)境溫度5℃~45℃)、濕度35%RH~95%RH、大(dà)氣壓力86kPa~106kPa,流速(0.2、0.3、0.5、0.8.1.0.1.2.1.5m/s)，管(guǎn)路規格DN80(節流元(yuán)件上下側直管(guǎn)段長度約爲5m,充(chong)分保證了多孔(kong)平衡流量計測(ce)量中對前後直(zhi)管段研究的要(yào)求),取壓方式爲(wèi)法蘭取壓(上下(xia)遊取壓孔軸線(xian)距離多孔流量(liang)計節流件上下(xia)遊端面均爲25.4+0.5mm)。其(qí)他參數爲介質(zhi)水密度ρ=998.403kg/m3、動力粘(zhan)度1.0mPa.s、流東膨脹系(xì)數e=1。實流試驗現(xiàn)場如圖7所示，試(shì)驗用對稱多孔(kǒng)孔闆差壓式流(liú)量計如圖8所示(shi)。

4試驗結果分析(xi)
　　按要求搭建試(shì)驗标校平台,進(jin)行實流試驗,獲(huò)得流量計試驗(yan)☁️的差壓與壓力(li)損失值,如表2所(suǒ)示，并與數值模(mó)🍉拟結📞果進行對(duì)比,爲了更爲直(zhi)觀和分析的方(fang)便,将不⛱️同開口(kǒu)🍓數量流量計的(de)壓力損失值繪(hui)制成曲線,如圖(tú)9所示。

　　由圖(tú)9可以看出，對稱(cheng)多孔孔闆差壓(yā)式流量計的壓(ya)💋力損失比标準(zhun)孔闆流量計的(de)要小一些，并且(qiě)随着孔數的增(zēng)加壓力損☎️失呈(chéng)🚩現逐漸減小的(de)趨勢。
　　流出系數(shu)是評價節流式(shi)儀表性能的最(zuì)重要參數之

　　爲(wèi)實際流量與理(li)論流量的比值(zhi),是統計量,受設(shè)計、制造、安裝及(jí)使用條件的影(yǐng)響。根據不可壓(yā)縮流體的連🛀🏻續(xu)性方程和伯🔆努(nu)利方程,定常流(liu)體的體積流量(liàng)爲:


注:每點标準(zhun)表數值Q、差壓值(zhí)△P、壓損值δ記錄3次(ci),爲了節省篇幅(fú),取其平均值進(jin)行表格相應欄(lan)的填寫
　　式中:C爲(wèi)流出系數,無量(liang)綱;β爲等效直徑(jìng)比，無量綱(β2=A0/A,其中(zhōng)A0爲孔闆節流孔(kǒng)開孔面積,A爲管(guǎn)道截面面積);d爲(wèi)孔✌️闆節流孔等(děng)效直徑;△p爲壓差(chà);q,爲體積流量;ρ爲(wèi)流體介質密度(du)。
依據式(2)，确定流(liu)出系數C的數值(zhi):

　　結合實驗數據(jù)和式(3)得不同開(kai)口數量流量計(ji)的流出系數,如(ru)表3所示,爲了與(yǔ)數值模拟結果(guǒ)進行直觀對比(bi)，将不♈同開口數(shù)量流量計的流(liu)出系數繪制成(cheng)曲線,如圖10所示(shi)。
　　由圖10可以看出(chū),對稱多孔孔闆(pan)差壓式流量計(jì)的流出系數比(bi)标👣準孔闆流量(liang)計的要大一些(xie)(對于标準孔闆(pǎn),其試🔞驗範圍内(nèi)流出系數平均(jun)值爲0.6140,對于多孔(kǒng)💰孔闆流量計其(qí)試驗範圍内流(liú)🈚出系數平均值(zhí)爲4孔孔闆0.6221、

5孔孔(kǒng)闆0.6268.7孔孔闆0.6346),随着(zhe)孔數增加流出(chu)系數呈現逐漸(jian)增大的😍趨🌈勢。
　　結(jié)合圖9和10,試驗結(jié)果和數值模拟(ni)計算的結果相(xiàng)比🏃🏻,壓⭕力🔱損失與(yǔ)流出系數的變(biàn)化趨勢完全一(yi)緻,但在✌️數值上(shang)存在一定偏差(chà),誤✌️差在8%。
流出系(xi)數的系統誤差(cha)e爲:

　　式中:C0爲理論(lùn)流出系數，計算(suan)方法依據國際(ji)标準IS05167--2003的規🏃‍♂️定;Ci爲(wei)實際🈚流出系數(shu)的平均值。
　　若忽(hū)略管道制造和(he)安裝誤差以及(jí)溫度、流體密度(du)的影響,依據式(shì)(3)可以得到:

　　對于(yú)電磁流量計(标(biao)準表)精度爲0.2級(ji),EJA110E高精度壓差傳(chuan)感器(變🏃🏻送👅器)的(de)精度爲+0.065%,經計算(suan),流出系數的不(bu)确定度爲4孔+0.467%、5孔(kǒng)士.0.439%.7孔+0.446%,即流出系(xì)數的誤差均不(bu)超過士0.5%,由此并(bing)基♊于流出系數(shu)定義可見流量(liàng)計👣的計量精度(dù)㊙️爲0.5%。
5結論
　　本文對(dui)多孔孔闆差壓(yā)式流量計進行(háng)了實流試驗,分(fen)析了标準孔闆(pan)與對稱多孔孔(kong)闆流量計的計(ji)量性能并與數(shù)值模拟🚩結果進(jìn)行對比,結論如(rú)下。
1)實流試驗結(jié)果與CFD數值模拟(ni)結果在趨勢上(shang)體現出完全✍️的(de)一🐕緻性,但在數(shù)值上存在一定(ding)的偏差,因此CFD計(ji)算🙇‍♀️結果并不能(neng)完全代㊙️替試驗(yan)研究的成果。但(dàn)是這種偏差并(bing)不是很大，作爲(wei)工程上的✏️估算(suàn)其精度能夠滿(man)足要求。
2)通過對(duì)稱多孔孔闆差(cha)壓式流量計的(de)實流标定,結果(guo)顯示流出系數(shu)C相對于标準孔(kǒng)闆流量計有較(jiào)大的提高,量程(cheng)範圍大大拓🐇寬(kuan),是一種可以應(yīng)用于實際測量(liàng)的新型流量計(jì)産品。具體性能(neng)指标如下:精度(dù)+0.5%;前後直管段要(yào)求爲前1D~3D,後0.5D~1D。
3)對稱(chēng)多孔孔闆差壓(ya)式流量計具有(you)壓力損失小、流(liú)出系數高、适應(ying)性好等特點，完(wan)全可以直接應(ying)用于工程🏃‍♀️中目(mù)💃前該流量🔞計已(yǐ)⁉️經在市場得到(dao)應用,一定程度(du)上拓寬了其應(ying)用範圍

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