摘要(yao)：孔闆流量(liang)計作爲一(yi)種節流元(yuán)件廣泛應(ying)用于工業(ye)實🚶踐中⚽，但(dàn)在不同的(de)行業标準(zhun)規範、書籍(jí)、專業軟件(jiàn)📐中， 孔闆流(liu)量計 流量(liàng)計算方法(fǎ)各不相同(tóng)，給工程計(ji)算帶來難(nan)度。從🔆孔闆(pǎn)流💘動的☔理(lǐ)論出發，針(zhēn)對化工過(guò)程中常用(yòng)的薄壁銳(ruì)孔孔闆流(liu)量計 ，分析(xī)并讨論了(le)各種常用(yòng)計算公式(shi)和方法的(de)适用範圍(wei)和局限性(xing)，給出了計(ji)算公式選(xuan)用的指導(dǎo)原則。
　　在化(huà)工系統設(she)計過程中(zhong)，孔闆應用(yong)主要有以(yǐ)下幾類:①作(zuo)爲管道元(yuán)件限制流(liú)體的流量(liàng)或降低流(liú)體的壓力(li);②作爲孔闆(pǎn)流量✏️計的(de)一次元件(jiàn)。而針對.不(bu)同的👨‍❤️‍👨用途(tú),不同的研(yán)究者所🐇采(cǎi)用的計算(suàn)方🆚法也不(bú)盡相同,因(yin)而不同的(de)行業标準(zhun)規範⛱️、書籍(ji)、專業軟件(jian)中孔闆的(de)計算公式(shì)各不相同(tong),這也導緻(zhì)在實際工(gōng)程計算過(guo)程中對不(bú)同的公式(shi)難以⛹🏻‍♀️選擇(ze),也難以判(pan)斷其正确(què)率。
　　因此,基(ji)于Bendict[1的工作(zuò)，從一般的(de)單相流薄(báo)壁孔闆流(liu)通🔆方程出(chu)發,對常用(yong)的孔闆流(liu)量計算公(gong)式進行比(bi)較分析,可(kě)以發現不(bu)同🔞計算方(fāng)法所采用(yòng)的簡化假(jiǎ)設的适用(yòng)範圍,從而(er)判斷其正(zhèng)确率,用于(yu)指導工程(cheng)實踐。
1單相(xiang)流孔闆的(de)一-般流通(tōng)方程
　　單相(xiang)流孔闆的(de)流動見圖(tu)1,在a截面前(qián)流體未受(shou)孔闆🔞節流(liú)的影響,b截(jié)面爲孔闆(pǎn)處截面,c截(jie)面處流束(shu)收縮最小(xiao)，平均流速(sù)最大。由于(yú)篇幅所限(xian),這.裏不給(gěi)出計算單(dān)相流孔闆(pǎn)流量具💚體(tǐ)的推☂️導過(guo)程,僅給出(chū)一般🚶公式(shì),其本🌍質上(shang)是基于動(dong)量守💋恒方(fāng)程和絕熱(re)方程推導(dǎo)得到的。

　　其(qi)中，q爲孔闆(pǎn)流通的質(zhì)量流量;p爲(wèi)壓力;ρ爲密(mi)度;A爲截面(mian)🐆積❓;C爲收縮(suo)系數，即C.=A:/Ag，一(yī)般C.=0.5-1;C。爲速度(dù)系數,即在(zai)c截面處實(shí)際流速與(yu)理🏃‍♀️想流體(ti)流🏃‍♀️速的比(bi)值,用于表(biao)征實際能(neng)量損失;β爲(wei)b截面直徑(jing)與a截面直(zhí)徑比,即β=d/D;k爲(wèi)等熵指數(shu)指數,一般(bān)情況可以(yǐ)取理想氣(qì)體絕熱指(zhǐ)數。
　　通過.上(shàng)述公式,Benedict11将(jiāng)實際流體(ti)與理想流(liu)體的偏離(li)主要用C.和(he)C。進行表征(zheng),而這兩個(ge)參數可以(yi)通過關聯(lián)不🤟可壓縮(suo)流體下的(de)C.;和C.來計算(suàn)得到,而不(bú)可壓縮流(liu)體經過孔(kong)🏃‍♀️闆的流量(liàng)公式，不論(lun)在⚽實驗還(hai)‼️是理論_上(shang)都得到了(le)廣泛的研(yan)究👅和驗證(zheng),較爲可靠(kao)。
2常用孔闆(pǎn)計算公式(shi)的比較分(fen)析
2.1化工工(gōng)藝系統工(gong)程設計規(guī)定
　　作爲化(hua)工行業應(ying)用較爲廣(guang)泛的規範(fan)，HG/T20570-95[2]中的孔闆(pǎn)流㊙️量計算(suàn)公✌️式見(3)(4)。
2.1.1可(kě)壓縮流體(ti)

　　通過比對(dui)文獻值口(kǒu)和HG/T20570附圖中(zhōng)的數據,發(fa)現二者大(da)☁️體🌈一緻,但(dan)是由于HG/T20570.取(qu)的壓差是(shi)孔闆前和(he)後系統的(de)背壓,而流(liú)體在最小(xiao).流束截面(miàn)(c截面)處的(de)壓力小于(yu)背壓,因此(ci)計算出來(lai)的流通量(liàng)會偏低,孔(kong)徑比越大(dà),偏差越大(da)🌈。此外，由于(yú)在HG/T20570中,可壓(ya)🌂縮流體和(hé)不可壓縮(suō)📐流體采用(yong)的流量系(xi)數C是相同(tóng)的，但是✨對(dui)比(3)和(2)不難(nán)發現。

　　而且(qie)根據文獻(xiàn)數據中會(hui)發現,Ce與Cc,i的(de)比值随孔(kǒng)闆前💯後壓(ya)🌈差🔴變🔞大而(ér)變大,最大(dà)可能偏差(chà)150%。因此,HG/T20570可壓(ya)縮流體的(de)流量系數(shu)C偏小，相同(tóng)孔徑下計(ji)算孔闆流(liú)通量偏小(xiǎo)。.
　　由此,初步(bu)可以得出(chu)這樣的結(jie)論:在精度(du)不高的情(qing)況下㊙️,HG/T20570孔闆(pan)流量計算(suàn)公式可用(yòng)于不可壓(yā)縮流體,但(dan)在計💋算可(kě)壓縮流體(tǐ)🔱時孔徑偏(pian)大。
2.2孔闆流(liú)量計算公(gong)式
　　孔闆的(de)另一個主(zhu)要應用就(jiù)是作爲流(liú)量測量的(de)一次📧元件(jian),因此,流量(liàng)計量相關(guān)領域對孔(kong)闆的計算(suan)也有相當(dang)廣泛的研(yán)究,其中,GB2624-2006-3]給(gěi)出了标準(zhun)孔闆下的(de)流👅量計算(suan)公式。

　　2624中給(gěi)出的文丘(qiu)裏或噴嘴(zui)的可壓縮(suō)系數是一(yī)緻的,這也(ye)是合理的(de),因爲在文(wen)丘裏或噴(pēn)嘴結構下(xià),可以認爲(wèi)流體的最(zuì)🔞小流通面(miàn)積即爲喉(hou)徑的面積(jī)，即C≈l。對孔闆(pǎn)而言,C.與C..的(de)比值随孔(kǒng)闆前後壓(ya)差變大而(er)變大,因此(ci)孔闆的可(kě)壓縮🤟系數(shu)大于🔴文丘(qiū)裏或🤩噴嘴(zuǐ)的可⚽壓縮(suo)系數，這和(he)式(8)的計算(suàn)結果是一(yi)緻的。
　　在适(shi)用範圍内(nèi),GB2624所給出的(de)計算方法(fa)無疑是相(xiàng)當正确🐆的(de)。但是,對于(yú)可壓縮流(liú)體前後壓(ya)差大于0.75的(de)情況下,GB2624并(bìng)沒有給出(chu)可選擇的(de)計算方法(fa)。
2.3煉油裝置(zhi)工藝管道(dao)安裝設計(ji)手冊
　　煉油(you)裝置工藝(yì)管道安裝(zhuang)設計手冊(ce)》下冊[4]中的(de)孔闆流量(liàng)計👄算公式(shi)見式(11)。

　　對比(bi)式(11)、(7)和(1)發現(xian),該方法和(he)GB2624的公式形(xing)式基本是(shì)一-緻的🐆,主(zhǔ)要的區别(bie)在于流量(liang)系數和膨(péng)脹系數的(de)關聯公式(shì)♋的選取。但(dàn)是由📐于流(liu)量系數和(he)膨脹系數(shu)需要查圖(tú)表得到,因(yīn)此計算較(jiao)爲繁瑣,不(bu)利用工程(chéng)應用,本文(wén)不對該方(fang)法進行進(jìn)一步.讨論(lun)。
　　此外,式(11)對(dui)前後壓差(cha)不做限制(zhi)，可用于臨(lin)界流情況(kuàng)👄，但實際🤞上(shang)這和理論(lùn)是違背的(de),隻是一種(zhong)工程上的(de)❌簡化處理(li)辦法。
2.4Idelchik公式(shì)
　　Idelchik5J針對不可(kě)壓縮流體(tǐ)給出了銳(rui)孔薄壁孔(kong)闆的流量(liang)經👉驗關聯(lian)公式(12),與其(qi)他公式的(de)區别主要(yao)在于流量(liang)系數的關(guān)聯式不一(yi)樣,對🥵于可(ke)壓縮流.體(tǐ)，該關聯式(shi)不适用。

2.5計(jì)算結果比(bi)較分析
　　由(you)于方法2.2和(he)方法2.3在本(ben)質上是一(yi)樣的，而且(qie)GB2624推薦的方(fāng)🛀🏻法🐕顯😍然是(shì)更爲可靠(kào)的,因此主(zhu)要對比方(fāng)法2.1、方法2.2和(he)方法2.4。
2.5.1不可(ke)壓縮流體(tǐ)
　　對于不可(kě)壓縮流體(ti),選取30°C水爲(wei)研究對象(xiàng)，闆前壓力(li)爲6.0MPa(a),闆後壓(yā)力爲4.8MPa(a)，管道(dào)直徑爲50mm,針(zhen)對不同孔(kǒng)徑比,計算(suàn)結果❤️見表(biǎo)1。

　　通過分析(xī)上述數據(jù)不難發現(xian)，在低孔徑(jing)比的情況(kuàng)下,3個⁉️公式(shi)計算結果(guo)相差不大(dà),但是當孔(kǒng)徑比增大(dà)📐時,式(5)計算(suàn)結果有較(jiao)大偏差,這(zhè)與之前理(lǐ)論分析的(de)💃🏻結果一緻(zhì)。此外，式(11)的(de)形式簡單(dān),工程應用(yòng)方便。
2.5.2可壓(yā)縮流體
　　對(dui)于可壓縮(suo)流體,選取(qu)30℃氮氣爲研(yán)究對象，闆(pan)前壓力❄️爲(wei)6.6MPa(a),管道直🌈徑(jìng)爲100mm,孔直徑(jing)爲20mm,針對不(bu)同壓比,計(ji)算結果見(jiàn)表2。

　　通過分(fèn)析上述數(shù)據不難發(fā)現,在低壓(ya)比的情況(kuang)下,二者⚽計(jì)算🔴結果相(xiàng)差不大,但(dàn)是當壓比(bi)減小時,式(shì)(5)計算結果(guo)有較大偏(pian)差,這個與(yu)之前理論(lun)分析的結(jié)果一緻。此(cǐ)外,雖然式(shi)(7)在壓比小(xiǎo)于🐆0.75的情.況(kuàng)下不适用(yòng),但是在精(jing)度要求不(bu)高的情況(kuang)下可以做(zuò)小範圍的(de)外✌️推。
3臨界(jie)壓比下孔(kǒng)闆的流通(tōng)系數
　　在工(gong)程應用過(guò)程中,經常(chang)會遇到可(kě)壓縮流體(ti)孔闆㊙️前後(hou)壓比小于(yu)或等于臨(lin)界壓比的(de)情況，而且(qie)在對🔞精度(du)要求不高(gāo)🔞的情況下(xia)，通常考慮(lǜ)采用單孔(kong)闆來實.現(xiàn)。隻有式(5)和(hé)💘(11)對這類情(qing)況給出了(le)計算方法(fǎ)。但是通過(guò)第2節的讨(tao)論不難發(fā)現,(5)的計算(suàn)結果存在(zài)較大偏差(cha)，因此并🧡不(bu)适用。而仔(zǎi)細分析式(shi)(11)後發現,其(qi)形式本身(shēn)是不能用(yong)于臨界流(liu)情況的。因(yīn)爲,當孔闆(pan)前後壓比(bǐ)小于臨界(jiè)壓比時，流(liu)體.在最小(xiǎo)流束截面(mian)處的壓💘力(lì)始終爲臨(lin)界壓力,并(bing)不會随着(zhe)孔🌍闆前後(hou)壓差變大(da)而降🧑🏾‍🤝‍🧑🏼低，所(suǒ)以，雖然式(shi)(11)可以在一(yī)定程度上(shàng)計算臨界(jiè)流的情況(kuàng),但實際上(shàng)隻是一種(zhong)工程化的(de)近似,其正(zheng)确率難⛷️以(yǐ)确定。
　　對于(yú)臨界流，可(ke)以用一般(bān)的流通方(fang)程(2)來進行(hang)描述。當發(fā)生㊙️臨界流(liu)時,孔闆最(zuì)小流束截(jie)面處的壓(ya)力恒定爲(wèi)臨界壓力(lì),即:

　　當發生(sheng)臨界流時(shi),由于流體(tǐ)的最小流(liú)束截面積(jī)會👅随着前(qian)後壓♉差變(biàn)大而變大(dà),因此,通過(guò)孔闆的流(liu)量會随着(zhe)孔闆前後(hòu)壓差變❤️大(dà)而變大,但(dàn)是,由于孔(kong)闆結構的(de)原因,其最(zui)小流動面(miàn)積總會比(bi)孔闆小孔(kǒng)面積小,因(yin)此Cc<1。再結合(hé)Bendict[11的工作，可(kě)以🈚初步給(gei)出如下結(jie)論:①對于可(ke)壓縮流體(tǐ)在銳孔薄(bao)壁孔闆下(xià),當孔闆後(hòu)壓力接近(jin)大氣壓，且(qie)對計算正(zhèng)确.性要求(qiú)不高時,可(ke)以選取Cd.=0.86,C.=0.97;②對(dui)于可壓縮(suō)流體在銳(rui)孔薄壁孔(kǒng)闆下,當孔(kong)闆後壓力(lì)接近大氣(qi)壓時，在需(xu)要盡可能(néng)限制流體(ti)流速、保守(shǒu)處理的情(qing)況下,可以(yi)選🔅取Cd=1,Cv=0.97。
4結語(yǔ)
　　本文從一(yi)般的單相(xiàng)流孔闆流(liú)通方程出(chū)發,通過對(dui)上述常用(yong)的🐉孔闆計(jì)算公式進(jìn)行比較分(fèn)析,并讨論(lùn)了各種常(chang)用計算方(fang)法的适用(yòng)範圍和局(ju)限性,可以(yǐ)指導在🥵實(shi)際工程應(yīng)用過程中(zhōng)選取合适(shi)的計算方(fāng)法。具體分(fen)析結果如(ru)下:①在對工(gong)程計算有(you)較正确要(yào)求時,在GB2624适(shì)用範圍内(nei)，優先使用(yòng)GB2624對孔闆進(jìn)行計算;②在(zai)對工程計(ji)算有☎️一定(ding)正确率要(yao)求時,對于(yu)不可🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓縮(suo)流體,可以(yǐ)👄用Idelchik公式對(duì)孔闆進行(háng)簡化計算(suàn);③對于前後(hou)壓差較大(da)，或孔徑比(bǐ)較大時,不(bu)建議采👉用(yong)HG/T20570進行計算(suàn);④對于可壓(ya)縮流體的(de)臨界流情(qíng)🛀況，可以根(gēn)據煉油裝(zhuang)☎️置工藝管(guan)道安裝設(shè)計手🚶‍♀️冊公(gōng)式進行試(shi)算，也可以(yǐ)根據本文(wén)建💁議的方(fāng)法進行保(bǎo)守性估計(jì)。如果對孔(kǒng)闆流量的(de)計算精度(dù)有較高要(yào)求時，建議(yì)采用多闆(pan)來逐級減(jiǎn)壓。

以上内(nèi)容源于網(wang)絡，如有侵(qīn)權聯系即(ji)删除!