1.直径比的影响
直径比会显著影响孔板流量计对于介质流过的节流效果,改变介质流过的速度、压力等参数,是影响孔板流量计测量性能的首要因素。ISO国际标准中规定,孔板流量计的直径比一般在0.1~0.75内变化,本文分别选取直径比在0.3~0.9之内的7个工况进行了模拟计算,探究孔板流量计直径比对流量系数的影响，得到的结果如图5所示。
对数据进行分析可知:
(1)孔板流量系数随直径比的变化趋势与管径无关。随着孔板直径比增大,DN25和DN200管道内孔板流量系数呈现近似相同变化趋势;上升-平稳-.上升,主要区别在于前者在β为0.4~0.8范围内较平稳、而后者在0.5~0.8范围内较平稳;
(2)标准文件[10]中经验计算公式的结果随直径比增加而逐渐下降,其中直径比在0.3~0.6范围内时下降趋势较平缓,当超过0.6时下降值逐渐增大;
(3)孔板流量系数在β为0.3~0.6时小于经验公式计算值,此范围内使用经验计算公式会使测量结果较真实值大2.45%~47.03%;β在0.7~0.9时孔板流量系数大于经验公式计算值，此时使用经验计算公式会使测量值比实际值小0.5%~60.19%;
(4)当直径比在标准文件[10]规定的0.1~0.75范围内时,孔板流量系数的模拟结果与经验公式计算结果的相对误差波动较大,如对DN25管道而言,β为0.3时相对偏差达到47.03%,而β为0.7时相对偏差仅为0.5%。因此对于超临界二氧化碳工质而言，孔板直径比的选择范围应较标准规定范围缩小;对于超临界二氧化碳工质而言,直径比在0.6~0.7范围内时孔板流量系数的模拟结果与经验公式计算结果的相对误差较小，其中DN25管道相对误差为0.5%~2.45%,DN200管道相对误差为2.27%~3.6%。
2.节流孔厚度的影响
孔板流量计节流孔厚度决定了超临界二氧化碳工质流过收缩管道的长度,是影响孔板节流能力的主要参数之一，会对工质流过孔板的流速、压力等参数产生影响,进而影响测量结果。标准文件[10]规定标准孔板节流孔厚度应在0.005D~0.02D之间,对应DN25管道的e应在0.115~0.46mm,DN200管道的e应在0.695~2.78,本文分别模拟了DN25管道e为0.1~0.7mm、DN200管道e为0.2~4.2mm时超临界二氧化碳工质流过节流孔板的流量系数变化,为便于对比,以e/D为横坐标将结果表示在图6中。
对数据进行分析可知:
(1)孔板流量系数随e/D的变化趋势与管径无关。随着e/D逐渐增加,DN25和DN200管道内孔板的流量系数均呈现先减小后增大的趋势，分别在e/D为0.017和0.023时达到最小值，此后流量系数先急剧增大,随后保持平缓增长;
(2)标准文件中经验计算公式的结果不随节流孔厚度而发生改变,其中DN25管道的经验公式计算结果略大-一些,模拟得到的DN25和DN200管道的流量系数均小于经验公式计算结果,其中前者的相对误差为0.18%~1.84%,后者的相对误差为0.31%~2.05%;
(3)在标准文件规定孔板节流孔厚度范围内,孔板流量系数模拟结果与经验公式的相对误差均在2%以下,因此标准中规定的孔板节流孔厚度范围可以接受;同时还发现当节流孔厚度超过规定范围一定值后,相对误差仍可接受,甚至相对误差还可能减少，如DN25管道的e为0.6mm、0.7mm时,均超出了规定上限0.46mm,但相对误差分别达到了0.3%和0.18%，因此标准中规定的节流孔厚度范围在针对超临界二氧化碳工质时可以适当扩大,推荐DN25管道孔板节流孔厚度可在0.004D~0.03D内变化，DN200管道在0.005D~0.03D范围内;
(4)基于模拟结果给出相对误差更小时对应孔板流量计节流孔厚度的推荐值,其中DN25管道孔板在e/D为0.004~0.008及0.02~0.03之间,即e为0.1~0.2mm.0.5~0.7mm时，相对误差小于1.5%;DN200管道孔板在e/D为0.005~0.012及0.027~0.03时,对应e为0.7~1.7mm及3.7~4.2mm时，相对误差小于等于1.5%。 |
