摘要(yào):多孔孔闆差(cha)壓式流量計(ji) 因其快速平(píng)衡調整流場(chǎng)和有效降低(di)壓力損失等(deng)能力📐得到♉廣(guǎng)泛應用,但其(qí)尚缺乏完整(zheng)的結構參數(shù)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(shì)流量計進行(háng)實流♉試驗,研(yán)究其計量性(xing)能并與數值(zhí)模拟結果進(jin)行對比分析(xi),結果表明,對(dui)稱多孔孔闆(pan)差壓式流量(liang)計可有效提(ti)高計量精度(du)(+0.5%)、降低壓力損(sǔn)失,具有更好(hǎo)的适應性,試(shì)驗結果與數(shù)值模拟結果(guǒ)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(jiū)結果可有效(xiào)拓寬 多孔孔(kong)闆流量計 的(de)應用範圍。
0引(yin)言
　　流量計量(liang)是工業生産(chan)的眼睛,廣泛(fàn)應用于科學(xué)研究、工農業(yè)生産、國防建(jian)設以及人民(mín)生活等領域(yù)，諸多流🌈量計(ji)中,傳統差壓(ya)式流量計因(yīn)其結構簡單(dān)、成💯本低、實驗(yan)數據豐富、标(biāo)準化程度高(gāo)等優點,應用(yòng)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(qiú)(如‼️低于标準(zhǔn)中推薦的雷(lei)諾數範圍、測(ce)量⛷️介質中混(hun)有泥沙等),進(jin)而限制了其(qi)應用範圍🔆。
　　在(zài)這些情況下(xia),非标準 差壓(yā)式流量計 得(de)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(ya)式流量計主(zhu)要有錐形流(liu)量計和多孔(kong)孔闆流量計(jì)多孔孔闆流(liu)量計不但繼(ji)承了标準孔(kǒng)闆流量計的(de)💰優點，而且能(neng)夠快速平衡(héng)調整流場，明(ming)顯減少渦流(liú)、降低死區效(xiào)應、減少流體(ti)動能損失,在(zai)國際上引起(qǐ)廣泛關注，自(zì)2006年被引進我(wo)國市場以🚶來(lai),得到廣泛應(ying)用。但因涉及(jí)商☎️業機密,多(duo)孔孔闆流量(liang)計的結構參(cān)數與流出系(xì)數等計算公(gōng)式未曾公開(kāi)。爲了掌握該(gai)流量⛷️計的核(he)心技術,國内(nei)科研技術♈人(rén)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(jì)量性能等方(fang)面.[448。目前,實際(ji)應用中要根(gēn)據不同測量(liang)條件來設計(jì)流量計，缺乏(fa)完整的結構(gòu)參💘數設計和(hé)性能優化設(shè)計準🧡則指導(dao)。
　　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(liàng)計的設計方(fāng)法(即在中心(xīn)節流孔周圍(wéi)均勻環形分(fèn)布若幹孔),采(cǎi)💘用CFD數值模😘拟(ni)預測了其内(nei)部流場,并研(yan)究☎️了孔數量(liang)對多孔孔闆(pan)流量計流場(chang)特性的影響(xiǎng)規律[920但數值(zhi)🐕模拟隻能爲(wèi)研究提供方(fāng)向性的指導(dǎo)，并不能很好(hǎo)的指導實際(jì)生産。本文基(jī)于數值模拟(ni)結果搭建對(duì)⭕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(neng)進行試驗研(yan)究，檢驗了CFD設(shè)計成果的有(you)效性,并對新(xīn)型流量計進(jìn)行了标定。
1多(duō)孔孔闆流量(liàng)計
　　課題組提(ti)出并設計的(de)多孔孔闆流(liu)量計結合了(le)多🔴孔整♋流器(qì)和标準孔闆(pan)的測量原理(lǐ),基本結構爲(wei)在節流闆中(zhōng)心一個圓孔(kong)的基礎上,對(dui)稱分布數量(liàng)不🐇等的圓孔(kong),如圖1所示,均(jun1)勻分布的圓(yuan)孔❗的總面積(ji)和标準孔闆(pǎn)的開孔面積(ji)相等。流量計(jì)整體結構如(ru)圖2所示。

　　多孔孔(kǒng)闆流量計的(de)測量原理是(shì)以能量守恒(heng)定律🌍和質量(liang)守恒♌定律爲(wei)基礎的,即在(zài)流量檢測時(shi),所測介質流(liú)過圓孔✏️的同(tong)時進行流體(tǐ)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(fang)程計算出流(liú)體的🏃🏻流量:

式(shi)中:Q爲介質流(liu)量;K爲儀表系(xi)數;Y爲膨脹系(xi)數;△p爲差壓值(zhí)(Pa);ρ爲介質工況(kuàng)密度。
2數值模(mo)拟
　　針對設計(ji)的對稱多孔(kǒng)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(liang)🔅計采用CFD數值(zhi)模🚶‍♀️拟技術分(fen)析了其内部(bù)流場情況,如(ru)圖4所示，研究(jiū)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(chēng)多孔孔闆差(chà)壓♊式流量計(jì)具有可降低(di)節流件前後(hou)渦流、快速平(ping)衡👨‍❤️‍👨内部流場(chǎng)(前✍️後直管段(duan)要求:前1D~3D,後0.5D~1D,其(qí)中D爲通流⛹🏻‍♀️直(zhí)徑)、提高測量(liàng)🌈精度、降低壓(yā)力損失、适應(yīng)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(xiào)平台的組成(cheng)
　　爲了驗證數(shù)值模拟的正(zhèng)确性,搭建對(dui)稱多孔孔闆(pan)差壓式👅流量(liang)計試驗标校(xiao)平台,由對稱(chēng)多孔孔闆差(cha)壓式流量計(ji)、截止閥、 差壓(ya)變送器 、流量(liang)調節閥、 電磁(ci)流量計 、水泵(bèng)和水槽及管(guan)路系統組成(cheng),如圖5所示,其(qi)中對稱多孔(kong)孔😍闆差壓式(shì)流量計和電(diàn)磁流量計與(yǔ)試驗管💔道均(jun)通過法蘭連(lián)接。試驗過程(cheng)中,流量計工(gōng)裝示意圖如(ru)圖6所示。
　　工作(zuò)原理如下:通(tōng)過試驗管路(lu)變頻調速水(shuǐ)泵及上遊側(cè)流量調節閥(fá)開度的适當(dāng)調節,獲得流(liú)速0~7m/s連續可調(diao)💔的流體介😍質(zhì),并♉采用高精(jing)度電磁流量(liang)計(作爲标準(zhǔn)器具,精度+0.2%R)測(cè)量實際流量(liang)🌂(流速),利用高(gao)準.确度差壓(ya)變送器(EJA110E系列(liè)、量程0~100kPa、精度+0.065%FS)測(cè)量壓差值及(jí)壓力損💁失值(zhí)。
　　爲了與數值(zhí)模拟結果進(jin)行比較,相應(yīng)設置保持一(yi)緻性☀️:介質采(cǎi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻用水(環境溫(wēn)度5℃~45℃)、濕度35%RH~95%RH、大氣(qi)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(liú)元件上下側(cè)直管段長度(du)約爲5m,充分保(bǎo)證了多孔平(píng)衡流量計測(cè)量中對前後(hou)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(xiàn)🎯距離多孔流(liú)量計節流件(jian)上下遊端面(miàn)均爲25.4+0.5mm)。其他參(can)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(shì)驗現場如圖(tu)7所示，試驗用(yong)對稱多孔孔(kong)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(háng)實流試驗,獲(huo)得流量計🔆試(shì)驗的差壓與(yu)壓力損失值(zhí),如表2所示，并(bing)與數🔞值模拟(ni)結果進行對(duì)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(yā)力損失值繪(huì)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(shi)比标準孔闆(pǎn)流量計的要(yào)小一些，并且(qiě)随着孔數的(de)增加壓😄力損(sǔn)失呈現逐漸(jian)減小的趨勢(shì)。
　　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(she)計、制造、安裝(zhuāng)及使用條件(jian)的影響。根據(jù)不可壓縮流(liú)體的連續性(xìng)方程㊙️和伯努(nǔ)利方程,定常(chang)流體的體積(jī)流🥰量爲:


注:每(mei)點标準表數(shu)值Q、差壓值△P、壓(ya)損值δ記錄3次(cì),爲了節省篇(piān)🐅幅,取其平均(jun1)值進行表格(ge)相應欄的填(tian)寫
　　式中:C爲流(liú)出系數,無量(liang)綱;β爲等效直(zhí)徑比，無量綱(gang)(β2=A0/A,其中✨A0爲孔闆(pǎn)🐉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(kǒng)😍等效📧直徑;△p爲(wei)壓差;q,爲體積(ji)流量;ρ爲流體(ti)介質密度。
依(yī)據式(2)，确定流(liu)出系數C的數(shù)值:

　　結合實驗(yan)數據和式(3)得(de)不同開口數(shù)量流量計的(de)流出系數,如(rú)表3所示,爲了(le)與數值模拟(nǐ)結果進行直(zhi)觀對比，将不(bu)😍同開口數量(liàng)流量計的流(liu)出系數繪制(zhì)成🛀曲線,如圖(tú)10所示。
　　由圖10可(kě)以看出,對稱(chēng)多孔孔闆差(chà)壓式流量計(jì)的流出🍉系數(shù)🤟比标準孔闆(pan)流量計的要(yào)大一些(對于(yú)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(zhí)爲4孔孔闆0.6221、

5孔(kong)孔闆0.6268.7孔孔闆(pan)0.6346),随着孔數增(zeng)加流出系數(shu)呈現逐漸增(zēng)大的趨勢。
　　結(jie)合圖9和10,試驗(yàn)結果和數值(zhi)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(quan)一緻,但在數(shu)值上存在一(yī)定偏差,誤差(cha)在8%。
流出系數(shu)的系統誤差(chà)e爲:

　　式中:C0爲理(li)論流出系數(shù)，計算方法依(yī)據國際标準(zhun)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(zhì)造和安裝誤(wu)差以及溫度(du)、流體密度的(de)影響,依據式(shì)(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(gǎn)☀️器(變送👨‍❤️‍👨器)的(de)精度爲+0.065%,經計(jì)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(chū)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(bing)與數值模拟(nǐ)結果進行對(duì)比,結論如下(xia)。
1)實流試驗結(jié)果與CFD數值模(mó)拟結果在趨(qū)勢上體現出(chu)完全🔴的一緻(zhì)性,但在數值(zhi)上存在一定(ding)的偏差,因此(ci)🐆CFD計算結果💜并(bìng)不能完全代(dài)替試驗研究(jiū)的成果。但是(shì)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(yào)求。
2)通過對稱(cheng)多孔孔闆差(chà)壓式流量計(jì)的實流标定(ding),結果✏️顯示流(liú)出系數C相對(duì)于标準孔闆(pǎn)流量計有較(jiao)大的提高,量(liàng)程範圍大大(da)拓寬,是一種(zhǒng)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(xia):精度+0.5%;前後直(zhi)管段要求🚩爲(wèi)前1D~3D,後0.5D~1D。
3)對稱多(duō)孔孔闆差壓(yā)式流量計具(ju)有壓力損失(shi)小、流出📧系數(shu)高、适應性好(hǎo)等特點，完全(quan)可以直接應(ying)用于工程中(zhōng)目前該流量(liang)計已經在市(shì)場得到應用(yòng),一定💰程度上(shàng)拓寬了❓其應(ying)用範圍

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