1.直徑比的影響
直徑比會顯著影響孔板流量計對于介質流過的節流效果,改變介質流過的速度、壓力等參數,是影響孔板流量計測量性能的首要因素。ISO國際標準中規定,孔板流量計的直徑比一般在0.1~0.75內變化,本文分別選取直徑比在0.3~0.9之內的7個工況進行了模擬計算,探究孔板流量計直徑比對流量系數的影響，得到的結果如圖5所示。
對數據進行分析可知:
(1)孔板流量系數隨直徑比的變化趨勢與管徑無關。隨著孔板直徑比增大,DN25和DN200管道內孔板流量系數呈現近似相同變化趨勢;上升-平穩-.上升,主要區別在于前者在β為0.4~0.8范圍內較平穩、而后者在0.5~0.8范圍內較平穩;
(2)標準文件[10]中經驗計算公式的結果隨直徑比增加而逐漸下降,其中直徑比在0.3~0.6范圍內時下降趨勢較平緩,當超過0.6時下降值逐漸增大;
(3)孔板流量系數在β為0.3~0.6時小于經驗公式計算值,此范圍內使用經驗計算公式會使測量結果較真實值大2.45%~47.03%;β在0.7~0.9時孔板流量系數大于經驗公式計算值，此時使用經驗計算公式會使測量值比實際值小0.5%~60.19%;
(4)當直徑比在標準文件[10]規定的0.1~0.75范圍內時,孔板流量系數的模擬結果與經驗公式計算結果的相對誤差波動較大,如對DN25管道而言,β為0.3時相對偏差達到47.03%,而β為0.7時相對偏差僅為0.5%。因此對于超臨界二氧化碳工質而言，孔板直徑比的選擇范圍應較標準規定范圍縮小;對于超臨界二氧化碳工質而言,直徑比在0.6~0.7范圍內時孔板流量系數的模擬結果與經驗公式計算結果的相對誤差較小，其中DN25管道相對誤差為0.5%~2.45%,DN200管道相對誤差為2.27%~3.6%。
2.節流孔厚度的影響
孔板流量計節流孔厚度決定了超臨界二氧化碳工質流過收縮管道的長度,是影響孔板節流能力的主要參數之一，會對工質流過孔板的流速、壓力等參數產生影響,進而影響測量結果。標準文件[10]規定標準孔板節流孔厚度應在0.005D~0.02D之間,對應DN25管道的e應在0.115~0.46mm,DN200管道的e應在0.695~2.78,本文分別模擬了DN25管道e為0.1~0.7mm、DN200管道e為0.2~4.2mm時超臨界二氧化碳工質流過節流孔板的流量系數變化,為便于對比,以e/D為橫坐標將結果表示在圖6中。
對數據進行分析可知:
(1)孔板流量系數隨e/D的變化趨勢與管徑無關。隨著e/D逐漸增加,DN25和DN200管道內孔板的流量系數均呈現先減小后增大的趨勢，分別在e/D為0.017和0.023時達到最小值，此后流量系數先急劇增大,隨后保持平緩增長;
(2)標準文件中經驗計算公式的結果不隨節流孔厚度而發生改變,其中DN25管道的經驗公式計算結果略大-一些,模擬得到的DN25和DN200管道的流量系數均小于經驗公式計算結果,其中前者的相對誤差為0.18%~1.84%,后者的相對誤差為0.31%~2.05%;
(3)在標準文件規定孔板節流孔厚度范圍內,孔板流量系數模擬結果與經驗公式的相對誤差均在2%以下,因此標準中規定的孔板節流孔厚度范圍可以接受;同時還發現當節流孔厚度超過規定范圍一定值后,相對誤差仍可接受,甚至相對誤差還可能減少，如DN25管道的e為0.6mm、0.7mm時,均超出了規定上限0.46mm,但相對誤差分別達到了0.3%和0.18%，因此標準中規定的節流孔厚度范圍在針對超臨界二氧化碳工質時可以適當擴大,推薦DN25管道孔板節流孔厚度可在0.004D~0.03D內變化，DN200管道在0.005D~0.03D范圍內;
(4)基于模擬結果給出相對誤差更小時對應孔板流量計節流孔厚度的推薦值,其中DN25管道孔板在e/D為0.004~0.008及0.02~0.03之間,即e為0.1~0.2mm.0.5~0.7mm時，相對誤差小于1.5%;DN200管道孔板在e/D為0.005~0.012及0.027~0.03時,對應e為0.7~1.7mm及3.7~4.2mm時，相對誤差小于等于1.5%。 |
