摘要(yao):多孔孔闆差(cha)壓式流量計(jì) 因其快速平(píng)衡調整流場(chang)和有效降低(di)壓力損失等(deng)能力得到💜廣(guang)泛應用,但其(qi)尚缺乏完整(zheng)的結構參數(shu)設計和性能(neng)優化設計準(zhun)則。針對提出(chu)的對稱多孔(kong)孔闆差壓式(shi)流量計進行(háng)實流試驗,研(yán)究其計量性(xìng)能并與數值(zhí)模拟結㊙️果進(jin)行對比分析(xī),結💘果表明,對(duì)🏒稱多孔孔闆(pǎn)差壓式流量(liang)計可有效提(tí)高計量精度(dù)(+0.5%)、降低壓力損(sun)失☎️,具有更好(hao)的适應性,試(shi)驗結果與數(shu)值模拟結果(guo)具有一緻性(xing),驗證了數值(zhi)模拟的正确(què)‼️性🆚并對新型(xing)流量計進行(háng)了标定，研究(jiu)結果可有效(xiào)拓寬 多孔孔(kǒng)闆流量計 的(de)應用範圍。
0引(yin)言
　　流量計量(liang)是工業生産(chǎn)的眼睛,廣泛(fàn)應用于科學(xue)研究、工農業(yè)生産、國防建(jiàn)設以及人民(min)生活等領域(yù)，諸多流量計(jì)🔱中,傳統差🛀🏻壓(yā)式流量計因(yin)其結構簡單(dan)、成本低、實驗(yàn)數據豐富、标(biāo)準化程度高(gao)等優點,應用(yong)最爲廣泛。但(dàn)🥰在實際應☔用(yòng)中很多工況(kuang)條件無法滿(man)足🐕測量要求(qiu)(如低于标準(zhǔn)中推薦的雷(léi)諾數範圍、測(ce)量🥰介質中混(hùn)有泥沙等),進(jin)而限制☀️了其(qí)應用範圍☀️。
　　在(zài)這些情況下(xia),非标準 差壓(ya)式流量計 得(dé)到快速發展(zhan)和進一步的(de)應用，目前最(zui)具代表性🌏的(de)非标準差壓(yā)式流量計主(zhu)要有錐形流(liu)量計和多孔(kǒng)孔闆流量計(jì)♻️多孔孔闆流(liú)量計不但繼(jì)承了标準孔(kǒng)闆流量計的(de)優點，而且能(néng)夠快速平衡(heng)調整流場☎️，明(míng)顯減少渦流(liú)、降低死區效(xiào)應、減少流體(ti)動能損失,在(zài)國際上引起(qi)廣泛關注，自(zì)2006年被引進我(wo)國市場以來(lai),得到廣泛應(yīng)用。但因涉及(ji)商業機密,多(duo)孔孔闆流量(liang)計的結構參(can)數與流出系(xì)數等計算公(gōng)式未曾公開(kai)。爲了掌握該(gāi)流量計的核(hé)心技術,國内(nei)科研技術人(ren)員對其🈲進行(hang)了大量😘研究(jiu)，主要集中于(yú)孔闆結構參(cān)數優化及計(ji)量性能等方(fang)面.[448。目前,實際(jì)🚶應用中要根(gen)據不同測量(liang)條件來設計(jì)流量計，缺乏(fa)完整的結💞構(gou)參數設計和(hé)性能優化⭐設(she)計準則指導(dǎo)。
　　對多孔孔闆(pǎn)流量計進行(hang)了大量的研(yán)究工作,結合(hé)㊙️多孔🧑🏽‍🤝‍🧑🏻整流🙇‍♀️器(qi)♈和标準孔闆(pan)聯合使用的(de)測量原理,提(tí)出了一種🔅對(dui)稱多孔孔闆(pan)差壓式流量(liang)計的設計方(fang)法(即在❌中心(xin)節流孔周圍(wéi)均勻環形分(fèn)布若幹孔),采(cai)用CFD數值模拟(ni)預測了♉其内(nèi)部流場,并研(yan)究了孔數量(liang)對多孔孔闆(pan)流量計流場(chǎng)特性的影響(xiang)👈規律[920但數值(zhi)⛱️模拟隻能爲(wei)研究提供方(fang)向性的指導(dǎo)，并不能很好(hao)的指導實際(jì)生産。本文基(ji)于數值模拟(ni)結果搭建對(dui)稱多孔孔闆(pǎn)差壓式流量(liàng)計實流标校(xiào)🌍試驗平台,對(dui)其計量性能(néng)進行試驗研(yan)究，檢驗了CFD設(shè)計成果的有(you)效性,并對新(xin)型流量計進(jin)📞行了标定。
1多(duō)孔孔闆流量(liang)計
　　課題組提(ti)出并設計的(de)多孔孔闆流(liú)量計結合了(le)多孔✌️整🔴流器(qi)和🐉标準孔闆(pan)的測量原理(lǐ),基本結構爲(wèi)在節流闆中(zhong)心一個圓⚽孔(kǒng)的基礎上,對(duì)稱分布數量(liang)不等的圓孔(kǒng),如圖1所示,均(jun)🍉勻分布的圓(yuán)孔的總面積(ji)和标準孔闆(pan)的開孔面積(ji)相等。流量計(ji)整體結構如(rú)圖🌈2所示。

　　多孔孔(kǒng)闆流量計的(de)測量原理是(shi)以能量守恒(héng)定律和🍉質量(liang)守恒定律爲(wei)基礎的,即在(zai)流量檢測時(shí),所測介質🈚流(liu)過圓孔的同(tong)時進行流體(ti)整流，減小節(jiē)流裝置後形(xing)成的渦☂️流,形(xíng)成📧較穩定的(de)紊流(近似理(lǐ)想流體),從而(ér)獲✔️得穩定的(de)差壓信号,根(gen)據伯努利方(fāng)程計🛀算出流(liu)體的🏃🏻流量:

式(shì)中:Q爲介質流(liú)量;K爲儀表系(xì)數;Y爲膨脹系(xì)數;△p爲差壓值(zhi)(Pa);ρ爲介質工況(kuàng)密度。
2數值模(mó)拟
　　針對設計(ji)的對稱多孔(kong)孔闆差壓式(shì)流量計,分别(bie)對開🤞孔數量(liàng)爲1.4、5.7(孔的分布(bù)位置如圖3所(suǒ)示,參數如表(biǎo)1所示)的流量(liàng)計采用CFD數值(zhí)模👨‍❤️‍👨拟技術分(fèn)析了其内部(bù)流場情況,如(ru)圖4所示，研究(jiu)🈲了孔數量對(dui)多孔孔闆流(liú)量🙇🏻計流場特(te)性的影響規(gui)律,得出對稱(cheng)多孔孔闆差(chà)壓式流量計(ji)具有可降低(dī)節流件前後(hòu)渦流、快速平(píng)衡🈲内部流場(chang)(前後直管段(duàn)要求:前1D~3D,後0.5D~1D,其(qi)中D爲通流直(zhí)徑)、提高測量(liang)精度、降低壓(ya)力損失、适應(ying)性更好的優(yōu)點，随着孔數(shù)量的增加壓(yā)力損失逐漸(jiàn)降低、流出系(xi)數提高的結(jie)論。
3試驗标校(xiao)平台的組成(chéng)
　　爲了驗證數(shù)值模拟的正(zhèng)确性,搭建對(dui)稱多孔孔闆(pǎn)差壓式流量(liàng)計試驗标校(xiao)平台,由對稱(cheng)多孔孔闆差(chà)🧡壓式流量計(jì)、截止閥、 差壓(ya)變送器 、流量(liàng)調節閥、 電磁(cí)流量計 、水泵(beng)和水槽及管(guan)路系統組成(chéng),如圖5所示,其(qí)中對稱多孔(kong)孔闆差壓式(shì)流量計和電(dian)磁流量計與(yu)試驗管道均(jun1)通過法蘭🚩連(lian)接⛹🏻‍♀️。試驗過程(chéng)中,流量計工(gōng)裝示意圖如(rú)圖6所示。
　　工作(zuò)原理如下:通(tong)過試驗管路(lù)變頻調速水(shui)泵及上遊側(cè)流量調節閥(fa)開度的适當(dāng)調節,獲得流(liu)速0~7m/s連續可調(diao)⭐的流體介質(zhì),并采用高精(jīng)度電磁流量(liàng)計(作爲🤟标準(zhun)器具,精度☎️+0.2%R)測(ce)量實際流量(liang)(流速),利用高(gao)準.确度差壓(yā)變送器(EJA110E系列(lie)、量程0~100kPa、精度+0.065%FS)測(ce)量壓差值🏒及(ji)壓力損失值(zhí)。
　　爲了與數值(zhi)模拟結果進(jìn)行比較,相應(yīng)設置保持一(yī)緻性:介質♈采(cǎi)用水(環境溫(wen)度5℃~45℃)、濕度35%RH~95%RH、大氣(qì)壓力86kPa~106kPa,流速(0.2、0.3、0.5、0.8.1.0.1.2.1.5m/s)，管(guan)❌路規❄️格DN80(節流(liu)元✏️件上下側(cè)直管段長度(dù)約爲5m,充分保(bao)證了多孔平(píng)衡🚶‍♀️流量計測(cè)量中🔆對前後(hòu)直管段研究(jiū)的要求),取壓(ya)方式爲法蘭(lan)取壓(上下遊(yóu)取壓孔軸線(xian)距離多孔流(liú)量計節流件(jian)上下遊端面(mian)🔞均爲25.4+0.5mm)。其他參(cān)數爲介質水(shuǐ)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼密🔅度ρ=998.403kg/m3、動力粘(zhan)度1.0mPa.s、流👣東膨脹(zhàng)系數e=1。實流試(shi)‼️驗現場如圖(tu)7所示，試驗用(yòng)對稱多孔孔(kǒng)闆差壓式流(liu)量📱計如圖8所(suǒ)示。

4試驗結果(guo)分析
　　按要求(qiú)搭建試驗标(biāo)校平台,進行(hang)實流試驗,獲(huo)得流量👌計試(shì)驗的差壓與(yǔ)壓力損失值(zhi),如表2所示，并(bìng)與數值模拟(ni)結果進行對(dui)比,爲了更爲(wèi)直觀和分析(xi)的方✔️便,将不(bu)同開口🏃數量(liàng)流量計的壓(ya)力損失值繪(hui)制成曲線,如(rú)圖🔴9所示。

　　由圖9可(ke)以看出，對稱(cheng)多孔孔闆差(cha)壓式流量計(ji)的壓力損失(shī)比☎️标準孔闆(pǎn)流量計的要(yào)小一些，并且(qie)随着孔數的(de)增加壓力損(sǔn)失呈現逐漸(jian)減小的趨勢(shi)。
　　流出系數是(shì)評價節流式(shì)儀表性能的(de)最重要參數(shu)之🐆

　　爲實際流(liú)量與理論流(liú)量的比值,是(shì)統計量,受設(shè)計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻、制造、安裝(zhuang)🐆及使用條件(jiàn)的影響。根據(ju)不可壓縮流(liú)體的連續性(xing)方程和伯努(nǔ)利㊙️方程,定常(cháng)流體的體積(ji)流👉量爲:


注:每(mei)點标準表數(shu)值Q、差壓值△P、壓(yā)損值δ記錄3次(ci),爲了節省♍篇(piān)🔞幅,取🔱其平均(jun1)值進行表格(ge)相應欄的填(tián)寫
　　式中:C爲流(liu)出系數,無量(liang)綱;β爲等效直(zhi)徑比，無量綱(gāng)(β2=A0/A,其中A0爲🧑🏾‍🤝‍🧑🏼孔闆(pan)🌍節流孔開孔(kǒng)面積,A爲管道(dào)截面面積);d爲(wei)孔闆節流孔(kong)等效直徑;△p爲(wei)壓差;q,爲體積(ji)流量;ρ爲流體(tǐ)介質密度。
依(yī)據式(2)，确定流(liú)出系數C的數(shu)值:

　　結合實驗(yàn)數據和式(3)得(de)不同開口數(shù)量流量計的(de)流出系數,如(ru)表⚽3所示,爲了(le)與數值模拟(nǐ)結果進行直(zhí)觀對比♋，将不(bu)同開口數量(liang)流量計的流(liú)出系數繪制(zhì)成曲線,如圖(tú)10所示。
　　由圖10可(ke)以看出,對稱(chēng)多孔孔闆差(cha)壓式流量計(jì)的流出系數(shu)比标準孔闆(pǎn)流量計的要(yao)大一些(對于(yu)标準孔闆,其(qí)試驗範圍内(nèi)流出系數平(píng)均值爲0.6140,對于(yu)多孔♌孔闆流(liú)量計其試驗(yan)範圍内流出(chu)系數平均值(zhi)爲4孔孔闆0.6221、

5孔(kong)孔闆0.6268.7孔孔闆(pǎn)0.6346),随着孔數增(zēng)加流出系數(shù)呈現逐漸增(zēng)❤️大的💜趨☂️勢。
　　結(jié)合圖9和10,試驗(yàn)結果和數值(zhí)模拟計算的(de)結果相比,壓(yā)⚽力損失⛹🏻‍♀️與流(liú)出系數的變(biàn)化趨勢完全(quán)一緻,但在🐪數(shù)值🔞上存在一(yi)🌍定偏🛀🏻差,誤差(chà)在8%。
流出系數(shu)的系統誤差(cha)e爲:

　　式中:C0爲理(lǐ)論流出系數(shu)，計算方法依(yi)據國際标準(zhǔn)IS05167--2003的規定;Ci爲實(shí)際流出系數(shu)的平均值。
　　若(ruo)忽略管道制(zhi)造和安裝誤(wu)差以及溫度(dù)、流體密度的(de)影🐆響,依據式(shi)(3)可以得到:

　　對(dui)于電磁流量(liang)計(标準表)精(jing)度爲0.2級,EJA110E高精(jīng)度壓差傳🌐感(gan)器(變送器🛀)的(de)精度爲+0.065%,經計(ji)算,流出系數(shù)的不确定度(du)爲4孔+0.467%、5孔士.0.439%.7孔(kong)+0.446%,即流出系數(shù)的誤差均不(bú)超過士0.5%,由此(ci)并基🌈于流出(chu)系數定🐕義可(kě)見流量計的(de)計量精度爲(wèi)0.5%。
5結論
　　本文對(dui)多孔孔闆差(cha)壓式流量計(ji)進行了實流(liú)試驗,分析❓了(le)标準孔闆與(yǔ)對稱多孔孔(kong)闆流量計的(de)計量性能并(bìng)與數值模拟(nǐ)結果🙇🏻進行對(dui)比,結論如下(xià)。
1)實流試驗結(jie)果與CFD數值模(mo)拟結果在趨(qū)勢上體現出(chu)完全🏃‍♀️的🔞一緻(zhi)性,但在數值(zhí)上存在一定(ding)的偏差,因此(cǐ)CFD計算結果并(bing)不能完全代(dài)🚶替試驗研究(jiu)的成果。但是(shi)這種偏差并(bìng)不㊙️是很大，作(zuo)爲工程上的(de)估算其精度(dù)能夠滿足要(yao)求。
2)通過對稱(cheng)多孔孔闆差(cha)壓式流量計(ji)的實流标定(ding),結果顯示🔴流(liu)出系數C相對(duì)于标準孔闆(pan)流量計有較(jiao)大的提高,量(liàng)程範圍大🏃‍♀️大(da)拓寬,是一種(zhong)可以應用于(yu)實👉際測量👄的(de)新型流量計(ji)産品。具體性(xìng)能指标如下(xià):精度+0.5%;前後直(zhi)管段要求爲(wei)前1D~3D,後0.5D~1D。
3)對稱多(duo)孔孔闆差壓(yā)式流量計具(ju)有壓力損失(shi)小、流出系🛀🏻數(shù)高、适應性好(hao)等特點，完全(quan)可以直接應(ying)用于☁️工程⚽中(zhong)目前該流量(liang)計已經在市(shi)場得到應用(yong),一定💃程度上(shang)🌈拓寬了其應(yīng)用範圍

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