摘要:針(zhen)對(dui)天然(ran)氣回(hui)流工(gong)況對(dui)孔闆流量計 上下遊截面(mian)壓力(li)的影(ying)響(xiang)問題，依(yi)據現場數(shu)據，采(cai)用solidworks軟件(jian)建(jian)立DN150标(biao)準孔(kong)闆流量計(ji)幾何(he)模型(xing)，基于(yu)CFD軟件(jian)對(dui)此(ci)狀态(tai)下孔(kong)闆(pan)流量計(ji)内部流(liu)場進行(hang)數值模拟(ni)分析。研究(jiu)發現:管内(nei)天然氣(qi)回流工(gong)況越(yue)嚴重(zhong)，對孔(kong)闆流量(liang)計(ji)上下(xia)遊截(jie)面壓力變(bian)化影響(xiang)越(yue)大。随(sui)着管輸量的增(zeng)加，回(hui)流程度逐(zhu)漸平(ping)緩，孔闆處(chu)流動幾(ji)乎不受(shou)上遊回流渦旋(xuan)的影響(xiang)，上下遊(you)截面壓(ya)力變化(hua)幅度較(jiao)爲(wei)穩定，對孔(kong)闆流量計(ji)精度影(ying)響也随之降低(di)。
　　目前，孔(kong)闆流量計(ji)相對(dui)于其(qi)它流量計(ji)具有(you)結構(gou)簡單(dan)、耐用(yong)可(ke)靠(kao)和維(wei)修便利等(deng)優勢，已經(jing)成爲天然(ran)氣行業使(shi)用最(zui)頻繁(fan)的--種流量(liang)計量設備(bei)。但是在城(cheng)市(shi)天然氣(qi)配送(song)管網中，客(ke)戶用(yong)氣量(liang)差異(yi)無法消(xiao)除(chu)田。尤其在(zai)用氣(qi)高峰(feng)期，輸(shu)氣站内彙(hui)管相連的各供(gong)氣支(zhi)路(lu)相(xiang)互影(ying)響最(zui)爲嚴(yan)重。主(zhu)要體現在(zai):由于大流(liu)量供氣支(zhi)路的管輸(shu)量遠(yuan)遠高于小(xiao)流量(liang)供氣支路的管輸量，在彙管的(de)特殊(shu)構造(zao)下，導(dao)緻大(da)流量(liang)供氣(qi)支路在輸(shu)氣過(guo)程中(zhong)會(hui)迫(po)使小(xiao)流量(liang)供(gong)氣(qi)支路(lu)在彙管連接處(chu)發生天然(ran)氣回流工(gong)況，造(zao)成管(guan)内天(tian)然氣(qi)流動(dong)工況不(bu)穩(wen)定，渦(wo)旋加劇。從(cong)而影(ying)響與小(xiao)流量供(gong)氣支路相連的孔闆流量計上(shang)下遊壓(ya)力(li)，瞬間(jian)出現壓(ya)力波動(dong)，計量精度降低，無法(fa)較(jiao)好的完(wan)成計(ji)量任(ren)務。本文依據某輸氣(qi)站供(gong)氣(qi)支路發(fa)生天(tian)然氣回流(liu)工況的現(xian)場數(shu)據，基于(yu)CFD軟(ruan)件4，對(dui)回流(liu)狀态下的(de)孔闆(pan)流量計内(nei)部流場(chang)進(jin)行系統分(fen)析，得(de)到不(bu)同天然氣(qi)回流(liu)工況對(dui)孔闆流(liu)量計上下(xia)遊壓(ya)力的(de)影(ying)響(xiang)規律(lü)，同時提出較爲(wei)合理的(de)解決方(fang)案。
1模型建立
　　孔(kong)闆流(liu)量計(ji)計量(liang)原理如(ru)圖(tu)1所示。孔闆(pan)前後(hou)取截(jie)面1和(he)2,根據(ju)兩截(jie)面壓(ya)差換算出(chu)某一(yi)時刻(ke)天然(ran)氣流量(liang)。

　　本(ben)文使(shi)用DN150标準(zhun)孔(kong)闆流(liu)量計幾何(he)尺寸(cun)，采用solidworks軟件(jian)建立三維實體(ti)模型(xing)，利用(yong)ICEM-CFD軟件(jian)劃分(fen)網格(ge)，壁面(mian)設置(zhi)4層邊界層，比例(li)爲1.0。整(zheng)體網格劃(hua)分在(zai)保證(zheng)計算(suan)精度的前提下(xia)，盡量提高(gao)計算效率。選取(qu)結構(gou)化網(wang)格劃(hua)分并(bing)在孔(kong)闆與管道(dao)連接處(chu)作(zuo)加密(mi)處理(li)，最終得到(dao)計算網格(ge)如圖2所示。
 
　　基于(yu)Fluent-CFD軟件(jian)，邊界(jie)條(tiao)件(jian)爲(velocity-inlet)入(ru)口,值取10m/s，和(outlow)出口(kou)，采用RANS氣體(ti)狀态(tai)方程，RNGk-ε湍流(liu)模型(xing)，對流離散格式爲2階(jie)迎(ying)風(feng)格式(shi)，算法采用耦合(he)求解(jie)。從而數值(zhi)求解天然氣回(hui)流狀(zhuang)态下孔闆(pan)流量(liang)計内部流(liu)動特(te)征。
2計(ji)算分(fen)析
　　某(mou)輸氣站供(gong)氣實(shi)況發現，由(you)于彙管結構的影響(xiang)因素，當小(xiao)流量供氣(qi)支路(lu)管輸(shu)量占(zhan)比總(zong)流量(liang)10%時，必(bi)然産(chan)生回(hui)流工況且(qie)管輸量越(yue)小回(hui)流程度越(yue)嚴重(zhong)。因此分析小流(liu)量供(gong)氣支路管(guan)輸量(liang)分别(bie)占比總流量(liang)2%、4%、6%、8%、10%時，天然(ran)氣回流工況對(dui)孔闆(pan)流(liu)量計上(shang)下遊截面(mian)壓力的影響程度。經(jing)計算得到不同(tong)輸量(liang)下孔闆流(liu)量計，上下(xia)遊截面壓力随軸線(xian)距離的變化，如(ru)圖3所(suo)示。
 
　　由圖3可(ke)知，一開始(shi)，天然氣回(hui)流工況明(ming)顯，通(tong)過孔闆流量計的天(tian)然氣(qi)流量(liang)很(hen)小，流速(su)很低(di)，導緻孔闆(pan)流量(liang)計(ji)上(shang)下遊截面處(chu)形(xing)成渦(wo)旋，壓力變化幅(fu)度較大，流動極(ji)不均勻。當管輸量爲(wei)2%時，孔闆流(liu)量計上下遊截(jie)面壓(ya)力随(sui)軸線(xian)距離(li)變化程度尤爲(wei)劇(ju)烈。随着(zhe)管輸(shu)量逐漸增(zeng)加，孔(kong)闆處(chu)的流(liu)動逐漸(jian)變(bian)得較(jiao)爲均勻，但仍然(ran)受到上遊(you)回流渦旋(xuan)的影(ying)響，直(zhi)接導緻孔(kong)闆流(liu)量計(ji)入口和出(chu)口截面(mian)壓(ya)力随(sui)軸線(xian)距離變化(hua)幅度(du)較(jiao)大(da)。當流(liu)量接(jie)近臨(lin)界值(zhi)時，孔闆處的流(liu)動逐(zhu)漸變得均(jun)勻，孔闆流量計入口(kou)和出口截(jie)面的(de)壓力(li)變化(hua)幅度較爲穩定(ding)，幾乎不受(shou)，上遊(you)回流(liu)渦旋(xuan)的影(ying)響。
3結(jie)論
　　研(yan)究發(fa)現，随(sui)着(zhe)管内天(tian)然氣(qi)回(hui)流工況(kuang)越嚴(yan)重，對(dui)孔闆(pan)流量計(ji)上(shang)下遊(you)壓力變(bian)化影響(xiang)程度(du)加(jia)劇(ju)，進而(er)對孔闆流(liu)量計(ji)計量精(jing)度(du)影響(xiang)也越(yue)大。随着管(guan)輸量上升，管内天然氣回流工(gong)況趨于平(ping)緩，對(dui)孔闆(pan)流(liu)量(liang)計上(shang)下遊(you)壓力(li)變化(hua)影響(xiang)程度逐漸(jian)降低，孔(kong)闆(pan)流量(liang)計計量誤差迅(xun)速減(jian)小。因(yin)此，建議在城(cheng)市天然(ran)氣配(pei)送管網中的小流量(liang)供氣(qi)支路(lu)上遊(you)單獨安裝調(diao)壓(ya)閥或(huo)止回(hui)閥，可以較(jiao)好的(de)阻(zu)止天然(ran)氣回(hui)流工(gong)況的(de)發生(sheng)，從而較大(da)程度上降(jiang)低對(dui)孔闆流量計.上(shang)下遊(you)截(jie)面(mian)壓力變化的影響，提(ti)高計量精度。

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