摘要(yao):多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji) 因其(qi)快速(su)平衡(heng)調整(zheng)流場(chang)和有(you)效降(jiang)低壓(ya)力損(sun)失等(deng)能力(li)得到(dao)廣泛(fan)應用(yong),但其(qi)尚缺(que)乏完(wan)整的(de)結構(gou)參數(shu)設計(ji)和性(xing)能優(you)化設(she)🌈計準(zhun)則。針(zhen)對提(ti)出的(de)對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)進行(hang)實流(liu)試驗(yan),研究(jiu)其計(ji)量性(xing)能并(bing)與數(shu)值模(mo)拟結(jie)果進(jin)行對(dui)⁉️比分(fen)析,結(jie)🥵果表(biao)明,對(dui)稱多(duo)孔孔(kong)闆差(cha)壓式(shi)流量(liang)計可(ke)有效(xiao)提高(gao)計量(liang)精度(du)☎️(+0.5%)、降低(di)壓力(li)損失(shi),具有(you)更好(hao)的适(shi)應性(xing),試驗(yan)結果(guo)與數(shu)值模(mo)拟結(jie)✍️果具(ju)有一(yi)緻性(xing),驗證(zheng)了數(shu)值模(mo)拟的(de)正确(que)性并(bing)對新(xin)型流(liu)量計(ji)進行(hang)了标(biao)定，研(yan)究結(jie)果可(ke)有效(xiao)拓寬(kuan) 多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計 的(de)應用(yong)範圍(wei)。
0引言(yan)
　　流量(liang)計量(liang)是工(gong)業生(sheng)産的(de)眼睛(jing),廣泛(fan)應用(yong)于科(ke)學研(yan)究、工(gong)農業(ye)生産(chan)、國防(fang)建設(she)以及(ji)人民(min)生活(huo)等領(ling)域，諸(zhu)多流(liu)量計(ji)中,傳(chuan)統差(cha)🌍壓式(shi)流量(liang)計因(yin)其結(jie)構簡(jian)單、成(cheng)本低(di)、實驗(yan)數據(ju)豐富(fu)、标準(zhun)化程(cheng)度高(gao)等優(you)點,應(ying)用最(zui)爲廣(guang)泛。但(dan)🌈在實(shi)際應(ying)用中(zhong)很多(duo)工況(kuang)條件(jian)無法(fa)滿足(zu)✂️測量(liang)要求(qiu)(如低(di)于标(biao)準中(zhong)推薦(jian)的雷(lei)諾數(shu)範圍(wei)、測量(liang)🌂介質(zhi)中混(hun)有泥(ni)沙等(deng)),進而(er)限制(zhi)了其(qi)應用(yong)範圍(wei)。
　　在這(zhe)些情(qing)況下(xia),非标(biao)準 差(cha)壓式(shi)流量(liang)計 得(de)到快(kuai)速發(fa)展和(he)進一(yi)步的(de)應用(yong)，目前(qian)最具(ju)代表(biao)性‼️的(de)非标(biao)🔅準差(cha)壓式(shi)流量(liang)計主(zhu)要有(you)錐形(xing)流量(liang)計和(he)多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)不但(dan)繼承(cheng)了标(biao)準孔(kong)闆流(liu)💚量計(ji)的優(you)點，而(er)且能(neng)夠快(kuai)速平(ping)衡調(diao)整流(liu)場☔，明(ming)顯減(jian)少渦(wo)流、降(jiang)低🔴死(si)區效(xiao)應、減(jian)少流(liu)體🐉動(dong)能損(sun)失㊙️,在(zai)國際(ji)上引(yin)起廣(guang)泛關(guan)注，自(zi)2006年被(bei)引進(jin)我國(guo)市場(chang)以來(lai),得到(dao)廣泛(fan)應用(yong)。但因(yin)涉及(ji)商業(ye)機密(mi),多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)結構(gou)參數(shu)與流(liu)出系(xi)數等(deng)計算(suan)公式(shi)未曾(ceng)公🤟開(kai)。爲了(le)掌握(wo)該流(liu)量計(ji)的核(he)心技(ji)術,國(guo)内科(ke)研技(ji)術人(ren)員對(dui)其進(jin)行了(le)大量(liang)🌈研究(jiu)，主要(yao)集中(zhong)于孔(kong)闆結(jie)構參(can)數優(you)化及(ji)計量(liang)性能(neng)等方(fang)面.[448。目(mu)前,實(shi)際㊙️應(ying)用中(zhong)要根(gen)據不(bu)同測(ce)量條(tiao)件來(lai)設計(ji)流量(liang)計，缺(que)乏完(wan)整的(de)結構(gou)參數(shu)設計(ji)和性(xing)能優(you)化設(she)計準(zhun)🙇🏻則指(zhi)導。
　　對(dui)多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計進(jin)行了(le)大量(liang)的研(yan)究工(gong)作,結(jie)合多(duo)孔整(zheng)流器(qi)和标(biao)準孔(kong)闆聯(lian)合使(shi)用的(de)測量(liang)原理(li),提出(chu)了一(yi)種對(dui)稱多(duo)孔孔(kong)闆差(cha)壓式(shi)流量(liang)計的(de)設計(ji)方法(fa)(即在(zai)中心(xin)節流(liu)孔周(zhou)圍均(jun)勻環(huan)形分(fen)布若(ruo)幹孔(kong)),采用(yong)CFD數值(zhi)模拟(ni)預測(ce)了🔴其(qi)内部(bu)流🔴場(chang),并研(yan)究了(le)孔數(shu)量對(dui)多孔(kong)孔闆(pan)🛀🏻流量(liang)計流(liu)場特(te)性的(de)影響(xiang)規律(lü)[920但數(shu)值模(mo)拟隻(zhi)能爲(wei)研究(jiu)提供(gong)方向(xiang)性的(de)指導(dao)，并不(bu)能💃很(hen)好的(de)指導(dao)實🏒際(ji)生産(chan)📞。本文(wen)基于(yu)數值(zhi)模拟(ni)結果(guo)搭建(jian)對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)實流(liu)标校(xiao)試驗(yan)平台(tai),對其(qi)計量(liang)性🧡能(neng)進行(hang)試驗(yan)研究(jiu)，檢驗(yan)了CFD設(she)計成(cheng)果的(de)有效(xiao)性,并(bing)對新(xin)型流(liu)量計(ji)進🌈行(hang)了标(biao)定。
1多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)
　　課題(ti)組提(ti)出并(bing)設計(ji)的多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)結合(he)了多(duo)孔整(zheng)流器(qi)🔴和标(biao)準孔(kong)闆的(de)測量(liang)原理(li),基本(ben)結構(gou)爲在(zai)節流(liu)闆中(zhong)心一(yi)個圓(yuan)孔的(de)基礎(chu)上,對(dui)稱分(fen)布數(shu)量不(bu)等的(de)圓💰孔(kong),如圖(tu)🚶1所示(shi),均勻(yun)分布(bu)的圓(yuan)孔的(de)總面(mian)積和(he)🔅标準(zhun)孔闆(pan)的開(kai)孔面(mian)積相(xiang)等。流(liu)量計(ji)整體(ti)結構(gou)如圖(tu)2所示(shi)。

　　多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的測(ce)量原(yuan)理是(shi)以能(neng)量守(shou)恒定(ding)律和(he)質量(liang)守恒(heng)定律(lü)爲基(ji)礎的(de),即在(zai)流量(liang)檢測(ce)時,所(suo)測介(jie)質流(liu)過圓(yuan)孔的(de)同😄時(shi)進㊙️行(hang)流體(ti)整流(liu)，減小(xiao)節流(liu)裝置(zhi)後形(xing)成的(de)渦流(liu),形成(cheng)較穩(wen)定的(de)紊流(liu)(近似(si)理想(xiang)流體(ti)),從而(er)獲得(de)穩定(ding)的差(cha)壓信(xin)号,根(gen)據伯(bo)努利(li)方程(cheng)計算(suan)出流(liu)體的(de)流量(liang):

式中(zhong):Q爲介(jie)質流(liu)量;K爲(wei)儀表(biao)系數(shu);Y爲膨(peng)脹系(xi)數;△p爲(wei)差壓(ya)值(Pa);ρ爲(wei)介質(zhi)工況(kuang)密度(du)。
2數值(zhi)模拟(ni)
　　針對(dui)設計(ji)的對(dui)稱多(duo)孔孔(kong)闆差(cha)壓式(shi)流量(liang)計,分(fen)别對(dui)⛱️開孔(kong)數☂️量(liang)爲1.4、5.7(孔(kong)的分(fen)布位(wei)置如(ru)圖3所(suo)示,參(can)數如(ru)表1所(suo)示)的(de)流量(liang)計采(cai)用CFD數(shu)值模(mo)拟技(ji)術分(fen)析了(le)其内(nei)部流(liu)💯場情(qing)況♈,如(ru)圖4所(suo)示，研(yan)究了(le)孔數(shu)📞量對(dui)多㊙️孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計流(liu)場特(te)性的(de)影響(xiang)規律(lü),得出(chu)對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)具有(you)可降(jiang)低節(jie)流件(jian)前後(hou)渦流(liu)、快速(su)平衡(heng)内部(bu)流場(chang)(前🛀🏻後(hou)直管(guan)段要(yao)求:前(qian)1D~3D,後0.5D~1D,其(qi)中D爲(wei)通流(liu)❤️直徑(jing))、提高(gao)測量(liang)精度(du)、降低(di)壓力(li)損失(shi)、适應(ying)性更(geng)好的(de)優點(dian)，随着(zhe)孔數(shu)量的(de)增加(jia)壓力(li)損失(shi)逐漸(jian)降低(di)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、流出(chu)系數(shu)提高(gao)的結(jie)論。
3試(shi)驗标(biao)校平(ping)台的(de)組成(cheng)
　　爲了(le)驗證(zheng)數值(zhi)模拟(ni)的正(zheng)确性(xing),搭建(jian)對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)試驗(yan)标校(xiao)平台(tai),由對(dui)稱多(duo)孔孔(kong)闆差(cha)壓式(shi)流量(liang)計、截(jie)止閥(fa)、 差壓(ya)變送(song)器 、流(liu)量調(diao)節閥(fa)、 電磁(ci)流量(liang)計 、水(shui)泵和(he)水槽(cao)及管(guan)路系(xi)統組(zu)成,如(ru)圖5所(suo)示,其(qi)中對(dui)稱☎️多(duo)♉孔孔(kong)闆差(cha)壓式(shi)流量(liang)計和(he)電磁(ci)流量(liang)計與(yu)試驗(yan)管道(dao)均通(tong)過法(fa)蘭連(lian)接☎️。試(shi)驗過(guo)程中(zhong),流量(liang)計工(gong)裝示(shi)意圖(tu)如圖(tu)6所示(shi)。
　　工作(zuo)原理(li)如下(xia):通過(guo)試驗(yan)管路(lu)變頻(pin)調速(su)水泵(beng)及上(shang)遊側(ce)☂️流量(liang)調節(jie)閥開(kai)度的(de)适當(dang)調節(jie),獲得(de)流速(su)0~7m/s連續(xu)可調(diao)的流(liu)🏃‍♂️體介(jie)質,并(bing)采用(yong)高精(jing)度電(dian)磁流(liu)量計(ji)(作爲(wei)🌈标準(zhun)器具(ju),精度(du)✨+0.2%R)測量(liang)實📐際(ji)流量(liang)(流速(su)),利用(yong)高準(zhun).确度(du)差壓(ya)變送(song)器(EJA110E系(xi)列、量(liang)程0~100kPa、精(jing)度+0.065%FS)測(ce)量壓(ya)差值(zhi)㊙️及壓(ya)力損(sun)失值(zhi)。
　　爲了(le)與數(shu)值模(mo)拟結(jie)果進(jin)行比(bi)較,相(xiang)應設(she)置保(bao)持一(yi)緻性(xing):介質(zhi)采用(yong)水(環(huan)境溫(wen)度5℃~45℃)、濕(shi)度35%RH~95%RH、大(da)氣壓(ya)力86kPa~106kPa,流(liu)速(0.2、0.3、0.5、0.8.1.0.1.2.1.5m/s)，管(guan)路規(gui)格DN80(節(jie)流元(yuan)件上(shang)💋下側(ce)直管(guan)段長(zhang)度約(yue)爲5m,充(chong)分保(bao)♋證了(le)多孔(kong)平衡(heng)☎️流量(liang)計測(ce)量中(zhong)對前(qian)後直(zhi)管段(duan)研究(jiu)的要(yao)求),取(qu)壓方(fang)式爲(wei)法蘭(lan)取壓(ya)(上下(xia)遊取(qu)壓孔(kong)軸線(xian)距離(li)多孔(kong)流量(liang)計節(jie)流件(jian)🥵上下(xia)遊端(duan)面均(jun)爲25.4+0.5mm)。其(qi)他參(can)數爲(wei)介質(zhi)水密(mi)度ρ=998.403kg/m3、動(dong)力粘(zhan)度1.0mPa.s、流(liu)東膨(peng)脹系(xi)數e=1。實(shi)流試(shi)🈲驗現(xian)場如(ru)圖7所(suo)示，試(shi)驗用(yong)對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)如圖(tu)8所示(shi)。

4試驗(yan)結果(guo)分析(xi)
　　按要(yao)求搭(da)建試(shi)驗标(biao)校平(ping)台,進(jin)行實(shi)流試(shi)驗,獲(huo)得流(liu)量計(ji)試驗(yan)的差(cha)壓與(yu)壓力(li)損失(shi)值,如(ru)表2所(suo)示，并(bing)與數(shu)值模(mo)拟結(jie)🐅果進(jin)行對(dui)比,爲(wei)了更(geng)爲直(zhi)觀和(he)分析(xi)的方(fang)便,将(jiang)不同(tong)開口(kou)數量(liang)流量(liang)計的(de)壓力(li)損✉️失(shi)值繪(hui)制成(cheng)曲線(xian),如圖(tu)9所示(shi)。

　　由圖(tu)9可以(yi)看出(chu)，對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)的壓(ya)力損(sun)失比(bi)标準(zhun)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)要小(xiao)一些(xie)，并且(qie)随着(zhe)🚶孔數(shu)的增(zeng)加壓(ya)力損(sun)失呈(cheng)💚現逐(zhu)漸減(jian)小的(de)趨勢(shi)。
　　流出(chu)系數(shu)是評(ping)價節(jie)流式(shi)儀表(biao)性能(neng)的最(zui)重要(yao)參數(shu)📞之

　　爲(wei)實際(ji)流量(liang)與理(li)論流(liu)量的(de)比值(zhi),是統(tong)計量(liang),受設(she)計、制(zhi)造😘、安(an)裝及(ji)使用(yong)條件(jian)的影(ying)響。根(gen)據不(bu)可壓(ya)縮流(liu)體的(de)連🔞續(xu)性方(fang)程和(he)伯努(nu)利方(fang)程,定(ding)常流(liu)體的(de)體積(ji)流量(liang)爲:


注(zhu):每點(dian)标準(zhun)表數(shu)值Q、差(cha)壓值(zhi)△P、壓損(sun)值δ記(ji)錄3次(ci),爲了(le)節⛷️省(sheng)篇幅(fu),取其(qi)✌️平均(jun)值進(jin)行表(biao)格相(xiang)應欄(lan)的填(tian)寫
　　式(shi)中:C爲(wei)流出(chu)系數(shu),無量(liang)綱;β爲(wei)等效(xiao)直徑(jing)比，無(wu)量綱(gang)(β2=A0/A,其🧑🏾‍🤝‍🧑🏼中(zhong)A0爲孔(kong)♈闆節(jie)流孔(kong)開孔(kong)面積(ji),A爲管(guan)道截(jie)面面(mian)積);d爲(wei)孔闆(pan)節流(liu)孔等(deng)效直(zhi)徑;△p爲(wei)壓差(cha);q,爲體(ti)積流(liu)量;ρ爲(wei)流體(ti)介👄質(zhi)密度(du)。
依據(ju)式(2)，确(que)定流(liu)出系(xi)數C的(de)數值(zhi):

　　結合(he)實驗(yan)數據(ju)和式(shi)(3)得不(bu)同開(kai)口數(shu)量流(liu)量計(ji)的流(liu)出系(xi)數,如(ru)📧表3所(suo)示,爲(wei)了與(yu)數值(zhi)模拟(ni)結果(guo)進行(hang)直觀(guan)對比(bi)，将不(bu)同開(kai)口數(shu)㊙️量流(liu)🥰量計(ji)的流(liu)出系(xi)數繪(hui)制成(cheng)🈲曲線(xian),如圖(tu)10所示(shi)。
　　由圖(tu)10可以(yi)看出(chu),對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)的流(liu)出系(xi)數比(bi)标準(zhun)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)要大(da)一些(xie)(對于(yu)标準(zhun)孔闆(pan),其試(shi)驗範(fan)圍内(nei)流出(chu)系數(shu)平均(jun)值爲(wei)0.6140,對于(yu)多孔(kong)孔闆(pan)流量(liang)計其(qi)試驗(yan)範圍(wei)内流(liu)👌出系(xi)數平(ping)均值(zhi)爲4孔(kong)孔闆(pan)0.6221、

5孔孔(kong)闆0.6268.7孔(kong)孔闆(pan)0.6346),随着(zhe)孔數(shu)增加(jia)流出(chu)系數(shu)呈現(xian)逐漸(jian)增🔞大(da)的趨(qu)勢㊙️。
　　結(jie)合圖(tu)9和10,試(shi)驗結(jie)果和(he)數值(zhi)模拟(ni)計算(suan)的結(jie)果相(xiang)比,壓(ya)力🏃‍♀️損(sun)🚶失與(yu)流出(chu)系數(shu)的變(bian)化趨(qu)勢完(wan)全一(yi)緻,但(dan)在數(shu)值上(shang)存在(zai)一🍓定(ding)偏🌏差(cha),誤❤️差(cha)在8%。
流(liu)出系(xi)數的(de)系統(tong)誤差(cha)e爲:

　　式(shi)中:C0爲(wei)理論(lun)流出(chu)系數(shu)，計算(suan)方法(fa)依據(ju)國際(ji)标準(zhun)IS05167--2003的規(gui)定;Ci爲(wei)實🧡際(ji)流出(chu)系數(shu)的平(ping)均值(zhi)。
　　若忽(hu)略管(guan)道制(zhi)造和(he)安裝(zhuang)誤差(cha)以及(ji)溫度(du)、流體(ti)密度(du)的👄影(ying)響,依(yi)據式(shi)(3)可以(yi)得到(dao):

　　對于(yu)電磁(ci)流量(liang)計(标(biao)準表(biao))精度(du)爲0.2級(ji),EJA110E高精(jing)度壓(ya)差傳(chuan)感器(qi)❄️(變送(song)器💃🏻)的(de)精度(du)爲+0.065%,經(jing)計算(suan),流出(chu)系數(shu)的不(bu)确定(ding)度爲(wei)4孔+0.467%、5孔(kong)士.0.439%.7孔(kong)+0.446%,即流(liu)出系(xi)數的(de)誤差(cha)均不(bu)超過(guo)士0.5%,由(you)🐆此并(bing)基🤞于(yu)流出(chu)☀️系數(shu)定義(yi)可見(jian)流量(liang)計的(de)計量(liang)精度(du)爲0.5%。
5結(jie)論
　　本(ben)文對(dui)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)進行(hang)了實(shi)流試(shi)驗,分(fen)析了(le)标準(zhun)孔闆(pan)與對(dui)稱多(duo)孔孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的計(ji)量性(xing)能并(bing)與數(shu)值🌂模(mo)拟結(jie)果進(jin)行對(dui)比,結(jie)論如(ru)下。
1)實(shi)流試(shi)驗結(jie)果與(yu)CFD數值(zhi)模拟(ni)結果(guo)在趨(qu)勢上(shang)體現(xian)出完(wan)全的(de)一🈲緻(zhi)性,但(dan)在數(shu)值上(shang)存在(zai)一定(ding)的偏(pian)差,因(yin)此CFD計(ji)算結(jie)果并(bing)不能(neng)完全(quan)代替(ti)試驗(yan)研究(jiu)的成(cheng)果。但(dan)是♋這(zhe)種偏(pian)差并(bing)不是(shi)很大(da)⭐，作爲(wei)工程(cheng)上的(de)估算(suan)其精(jing)度能(neng)夠滿(man)足❗要(yao)求。
2)通(tong)過對(dui)稱多(duo)孔孔(kong)闆差(cha)壓式(shi)流量(liang)計的(de)實流(liu)标定(ding),結果(guo)顯✍️示(shi)⭐流出(chu)系數(shu)C相對(dui)于标(biao)準孔(kong)闆流(liu)量計(ji)有較(jiao)大🙇🏻的(de)提高(gao),量程(cheng)範圍(wei)大大(da)拓寬(kuan),是一(yi)種可(ke)以應(ying)用于(yu)實際(ji)測量(liang)的新(xin)型流(liu)量計(ji)産品(pin)。具🌐體(ti)性能(neng)指标(biao)如下(xia):精度(du)+0.5%;前後(hou)直管(guan)段要(yao)求爲(wei)前1D~3D,後(hou)0.5D~1D。
3)對稱(cheng)多孔(kong)孔闆(pan)差壓(ya)式流(liu)量計(ji)具有(you)壓力(li)損失(shi)小、流(liu)出系(xi)㊙️數高(gao)、适應(ying)性好(hao)等特(te)點，完(wan)全可(ke)以直(zhi)接應(ying)用于(yu)工程(cheng)中目(mu)前該(gai)流量(liang)計已(yi)經在(zai)市場(chang)得到(dao)應用(yong),一定(ding)程度(du)上拓(tuo)寬了(le)其應(ying)用📞範(fan)圍

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