摘要(yào):運用數值(zhi)模拟和實(shí)驗測試相(xiang)結合的方(fāng)法，對氣體(ti)渦輪流量(liàng)計 進行了(le)結構改進(jìn)和性能優(yōu)化。基于内(nèi)部流體的(de)壓力場和(hé)速度場特(te)征分析,得(de)出了影響(xiǎng)流量計性(xìng)能的主要(yao)結構爲表(biǎo)芯支座和(hé)後導流體(tǐ),主要因素(su)爲表芯支(zhi)座側面的(de)壓力梯度(dù)驟降和後(hou)導流體下(xià)遊的尾流(liu)耗散。通過(guo)對表芯支(zhī)座和後導(dao)流體進行(háng)結構優化(hua),流量計的(de)計量性能(néng)得到了提(tí)升。表明:結(jié)構優化後(hou)流量計的(de)壓力損失(shī)在最大流(liu)量下減小(xiao)了約42.61%,最大(dà)示值誤差(chà)降低了22.45%左(zuo)右，儀表系(xi)數也更加(jiā)趨于恒定(ding)。結論有助(zhu)于爲今後(hòu)開發性能(neng)更好的氣(qì)體渦輪流(liú)量計提供(gòng)理論指導(dao)和技術支(zhī)持。
　　氣體渦(wo)輪流量計(jì)是一種速(su)度式的流(liú)量傳感器(qi)，具有測量(liang)精度高、量(liang)程範圍廣(guǎng)、可靠性好(hao)以及使用(yòng)方便等優(you)點。随着我(wǒ)國西氣東(dong)輸工程的(de)全線貫通(tong)，縱橫交錯(cuo)的天然氣(qì)管網使我(wo)國形成世(shi)界上天然(rán)氣管網。氣(qi)體渦輪流(liu)量計被廣(guǎng)泛應用于(yú)天然氣管(guan)網中的貿(mào)易計量，市(shi)場前景廣(guang)闊。氣體渦(wo)輪流量計(ji)的結構改(gai)進及其性(xìng)能優化在(zai)流量計量(liang)領域具有(yǒu)十分重要(yao)的應用價(jia)值與現實(shi)意義。
　　将氣(qì)體渦輪流(liú)量計前整(zheng)流器的葉(ye)片截取合(hé)适切角，發(fā)現當葉片(pian)切角參數(shu)爲0.25時流量(liàng)計的性能(neng)最好。對前(qian)整流器結(jié)構進行分(fen)析,得到了(le)流量計壓(ya)力損失和(he)線性度誤(wu)差均爲最(zuì)小時前整(zhěng)流器的葉(yè)片數與長(zhang)度。在前導(dǎo)流體研究(jiu)方面.将前(qián)導流體直(zhí)徑、前導流(liú)體與輪毂(gū)間距作爲(wèi)改進參數(shu),比較了不(bu)同結構參(cān)數下氣體(ti)渦輪流量(liàng)計的性能(néng)指标。用流(liu)線型前導(dǎo)流體結構(gòu)代替傳統(tong)半球形前(qian)導流體，使(shǐ)得流量計(ji)的壓力損(sun)失降低了(le)近33%。一種三(san)葉片長螺(luó)旋葉輪結(jié)構，流量計(jì)測量的重(zhòng)複性明顯(xiǎn)提高,測量(liang)的相對示(shi)值誤差明(míng)顯降低。基(ji)于響應面(mian)法和正交(jiao)試驗法，得(dé)出了影響(xiang)流量計性(xìng)能的葉輪(lún)結構參數(shù)順序爲:葉(ye)輪頂端半(bàn)徑>葉輪葉(ye)片數>葉輪(lún)輪毂長度(dù)>葉輪輪毂(gū)半徑。在後(hou)導流體方(fāng)面，優化了(le)後導流體(tǐ)的葉片倒(dao)角。發現流(liú)量計的壓(yā)力損失随(suí)着葉片倒(dao)角的增大(dà)而增加。通(tong)過數值模(mó)拟對流量(liàng)計内部的(de)流場特征(zheng)進行分析(xi),發現後導(dao)流體産生(sheng)的壓力損(sun)失達到了(le)總壓力損(sun)失的55%。
　　綜上(shang)所述,前人(ren)對氣體渦(wō)輪流量計(ji)的研究主(zhu)要集中在(zài)葉輪、前整(zhěng)流器與前(qián)導流體部(bu)分，而對後(hòu)導流體與(yǔ)表芯支座(zuo)的結構改(gǎi)進及其性(xing)能優化目(mu)前還較爲(wei)少見。實際(ji)上,後導流(liú)體在流量(liang)計中對流(liú)體起到穩(wen)流和導流(liu)的作用,表(biǎo)芯支座是(shi)固定葉輪(lun)的主要結(jié)構,它們均(jun)會對流量(liàng)計的性能(neng)産生影響(xiang)。因此,以TM80氣(qi)體渦輪流(liú)量計爲對(duì)象,采用數(shu)值模拟與(yǔ)實驗測試(shi)相結合的(de)方式,研究(jiu)流量計内(nèi)部的流場(chǎng)特.征，提出(chu)針對表芯(xīn)支座和後(hòu)導流體的(de)結構優化(huà)方案，進而(er)評估優化(hua)前後流量(liàng)計的性能(neng)指标,探索(suǒ)出提高流(liu)量計計量(liàng)性能的方(fang)法。
1流量計(jì)的物理模(mo)型與性能(neng)指标
1.1流量(liang)計的物理(lǐ)模型
　　以氣(qi)體渦輪流(liú)量計爲研(yan)究對象,流(liú)量計的結(jié)構主要由(you)前整流器(qi)、前導流體(tǐ)、葉輪、表芯(xīn)支座、後導(dǎo)流體以及(jí)殼體等組(zǔ)成,其物理(lǐ)模型如圖(tu)1所示。流量(liàng)計的前整(zheng)流器采用(yong)葉栅結構(gòu)，葉栅數爲(wei)16;前導流體(tǐ)由第二級(ji)16片葉栅(與(yǔ)前整流器(qì)葉栅呈11.5°夾(jiá)角)和80mm長的(de)圓柱結構(gou)組成;表芯(xin)支座用于(yu)固定葉輪(lún)，葉輪的葉(ye)片數爲12,螺(luó)旋角爲45°;後(hou)導流體置(zhì)于葉輪之(zhi)後,用于穩(wen)定出口處(chu)的氣流。
 
 
　　氣(qì)體渦輪流(liú)量計的工(gong)作原理爲(wei):被測氣體(ti)從管道流(liu)入流量計(ji)，首先經過(guo)前整流器(qi)和前導流(liu)體進行整(zhěng)流,之後氣(qì)流推動葉(yè)輪使之産(chǎn)生周期性(xìng)旋轉,葉輪(lún)轉速與被(bèi)測流體的(de)平均流速(sù)成正比。葉(yè)輪旋轉後(hòu)帶動磁電(diàn)轉換器，使(shi)其磁阻值(zhí)發生變化(hua),在感應線(xiàn)圈中産生(shēng)周期性變(biàn)化的感應(ying)電勢,該信(xìn)号經放大(da)器放大後(hòu)送至儀表(biǎo)盤顯示。
1.2流(liu)量計的性(xing)能指标
　　根(gēn)據氣體渦(wō)輪流量計(ji)檢定規章(zhang)《JJG1037-2008》壓力損失(shī)、儀表系數(shu)、線性度誤(wu)差等是衡(heng)量氣體渦(wō)輪流量計(ji)計量性能(neng)的重要指(zhi)标。
①壓力損(sun)失
　　壓力損(sǔn)失△P表征流(liu)體通過流(liu)量計的能(néng)量損失,降(jiang)低壓力損(sǔn)失能夠減(jian)少流量計(ji)在使用過(guò)程的能耗(hao)氣體通過(guo)流量計的(de)壓力損失(shi)計算公式(shi)爲:
 
式中:α爲(wei)壓力損失(shi)系數;ρ爲氣(qi)流密度，單(dan)位爲kg/m3u爲氣(qi)流流速,單(dan)位爲m/s。
②儀表(biǎo)系數
　　儀表(biao)系數K是表(biao)征流量計(jì)測量準确(què)度和量程(cheng)比的關鍵(jiàn)性能指标(biao)。各流量點(dian)的儀表系(xì)數Ki與待測(ce)氣流體積(ji)流量Qi及流(liú)量計輸出(chu)脈沖頻率(lǜ)ƒ的關系式(shi)爲:
 
按計量(liàng)檢定規章(zhang)，儀表系數(shù)K可以由式(shi)(3)進行計算(suàn):
 
　　式中:(K)max和(Ki)min分(fen)别表示流(liú)量計在分(fèn)界流量maxmin點(dian)q,到最大流(liú)量點qmax範圍(wei)内各個流(liú)量檢定點(diǎn)得到Ki的最(zui)大值和最(zui)小值，單位(wei)爲(m3)-1。K越接近(jìn)恒定,表示(shì)流量計的(de)測量穩定(ding)性越高,進(jìn)行流量轉(zhuǎn)換時的精(jīng)度也越高(gāo)。
③最大示值(zhí)誤差E
　　爲了(le)定量表征(zheng)儀表系數(shu)的穩定性(xìng)，引入最大(dà)示值誤差(chà)。根據計量(liang)檢定規章(zhāng),最大示值(zhi)誤差E可以(yǐ)由式(4)進行(hang)計算:
 
　　在量(liang)程範圍内(nèi)最大示值(zhi)誤差越小(xiǎo)，表明流量(liàng)計的儀表(biǎo)系數越穩(wen)定,線性度(du)也就越好(hǎo)。
2數值模拟(ni)與實驗測(cè)試方法
2.1數(shu)值模拟方(fang)法
　　氣流在(zai)氣體渦輪(lún)流量計内(nèi)部的流動(dòng)遵循流體(ti)力學的基(jī)本方程，即(jí)滿足流體(tǐ)運動的質(zhì)量守恒方(fang)程和動量(liàng)守恒方程(chéng)。質量守恒(heng)方程和動(dong)量守恒方(fāng)法表示爲(wèi)：
 
　　式中:xi，xi爲空(kong)間坐标分(fen)量，ui，uj爲流體(ti)流動速度(dù)分量:p爲靜(jìng)壓，pij爲應力(li)張量ƒi爲體(ti)積力分量(liang)。
　　由于流量(liàng)計結構十(shi)分複雜,氣(qì)流在流量(liàng)計内部的(de)運動往往(wǎng)呈現湍流(liu)狀态。爲了(le)實現對湍(tuan)流的模拟(nǐ)，需要額外(wài)引入湍流(liu)模型。本文(wén)選取RNGk-ε模型(xing)作爲湍流(liú)模型，其湍(tuan)流動能h和(hé)耗散率ε的(de)輸運方程(chéng)表示爲:
 
　　式(shì)中:Gk表示平(píng)均速度梯(tī)度所産生(shēng)的湍流動(dong)能.αε，αk分别表(biao)示ε和h的擴(kuò)散率,C1ε、C2ε爲系(xì)數。
　　由于氣(qi)流運動與(yǔ)葉輪旋轉(zhuǎn)存在相互(hù)作用，需要(yao)引入扭矩(jǔ)模型根據(jù)力矩平衡(heng)原理,葉輪(lún)旋轉的運(yùn)動方程可(ke)以表示爲(wei):
 
　　式中:J爲葉(yè)輪慣性力(li)矩，單位爲(wèi)kg·m2;dɷ/dt爲葉輪角(jiǎo)加速度，單(dān)位爲rad/s2;M1爲流(liú)體對葉輪(lún)驅動力矩(jǔ);M2爲軸承摩(mó)擦阻力矩(ju)，單位爲N·m;M3爲(wei)黏性阻力(lì)矩，單位爲(wei)N·m;M4爲磁阻力(lì)矩，單位爲(wei)N·m;t爲時間，單(dan)位爲s。
　　采用(yong)Fluent軟件求解(jiě)流量計内(nèi)部氣流的(de)運動方程(chéng)。爲了消除(chú)管道進口(kou)段效應對(dui)模拟結果(guo)的影響，在(zài)流量計的(de)進出口均(jun1)增加了10D的(de)直管段(D爲(wei)機芯直徑(jìng))。由于給定(dìng)了流體的(de)體積流量(liang),進口采用(yòng)速度進口(kou)邊界條件(jiàn),進口平均(jun)速度通過(guo)u=Qv/A确定,方向(xiàng)與進口直(zhi)管段截面(miàn)垂直;出口(kou)爲大氣壓(yā)，壁面采用(yòng)無滑移邊(biān)界。爲了求(qiú)解葉輪旋(xuan)轉運動方(fāng)程，把整個(ge)計算區域(yu)分解爲靜(jìng)區域和葉(ye)輪旋轉的(de)動區域，動(dòng)區域和靜(jìng)區域之間(jian)采用多重(zhòng)參考模型(xíng)(MRF)耦合葉輪(lún)采用滑移(yí)邊界條件(jiàn)，與旋轉區(qu)域具有相(xiàng)同的轉速(sù)。葉輪旋轉(zhuǎn)區域與前(qián)後靜區域(yu)之間的表(biao)面定義爲(wèi)interface邊界,便于(yu)與其他流(liu)域進行信(xìn)息交換。
2.2測(cè)試方法
　　測(ce)試采用标(biāo)準表法氣(qì)體流量标(biāo)準裝置。實(shí)驗裝置主(zhu)要由羅茨(cí)流量計、氣(qi)體渦輪流(liu)量計、穩壓(yā)氣罐、氣動(dong)閥門、氣泵(bèng)和控制系(xi)統等組成(chéng)，如圖2所示(shì)。實驗通過(guo)遠程操作(zuò)PLC設備，調節(jie)氣動閥門(men)的開度,實(shi)現對氣體(tǐ)體積流量(liang)的控制。羅(luo)茨流量計(jì)作爲标準(zhun)表,其工作(zuo)量程爲0~250m3/h,流(liú)量控制精(jīng)度爲0.5級。氣(qì)體渦輪流(liu)量計作爲(wei)待測流量(liang)計，其測量(liàng)精度等級(ji)爲1級，工作(zuò)量程爲13m3/h~250m3/h,量(liang)程比爲20:1。差(chà)壓計的兩(liang)個.測壓口(kǒu)分别安裝(zhuāng)在待測流(liu)量計的前(qián)後直管段(duan)3D處，其量程(chéng)範圍爲土(tǔ)3000Pa.測量精度(du)等級爲1級(jí)。氣泵與氣(qì)動閥門相(xiàng)連，能夠産(chǎn)生相對穩(wen)定的負壓(yā)。根據國家(jia)計量檢定(dìng)标準，氣體(ti)渦輪流量(liang)計需檢定(dìng)13m3/h、50m3/h、100m3/h和250m3/h等特征(zhēng)流量點。每(měi)個流量點(dian)進行多次(ci)測量,實驗(yàn)結果得到(dao)标準表和(hé)被測流量(liàng)計的壓力(li)損失、脈沖(chong)數、體積流(liú)量以及單(dan)流量點的(de)測量時間(jian)，數據處理(lǐ)後得到儀(yi)表系數和(he)最大示值(zhi)誤差等指(zhi)标，進而評(ping)估氣體渦(wō)輪流量計(ji)的計量性(xìng)能。
 
3結果分(fèn)析與讨論(lùn)
3.1方法驗證(zhèng)
　　根據氣體(ti)渦輪流量(liàng)計的結構(gou)設計圖紙(zhǐ)，運用SolidWorks軟件(jiàn)對各部分(fèn)零件進行(háng)組裝建模(mo)，将建好的(de)模型導入(rù)ANSYSWorkBench進行網格(gé)劃分。采用(yong)分塊化方(fang)法劃分網(wǎng)格，直管段(duan)采用結構(gou)化網格;由(yóu)于葉輪和(he)後導流體(tǐ)的結構更(geng)爲複雜,采(cai)用非結構(gòu)混合網格(gé)，并對其進(jin)行細化處(chu)理，最後進(jìn)行網格無(wu)關性驗證(zhèng)，如圖3所示(shi)。當網格數(shù)量爲580萬與(yu)670萬時,兩者(zhe)的壓力損(sun)失相差僅(jǐn)爲21Pa，故本文(wen)選取580萬網(wǎng)格數量進(jìn)行後面的(de)數值模拟(nǐ)研究。
 
　　爲了(le)驗證模拟(ni)方法的可(kě)靠性,本文(wen)比較了氣(qì)體渦輪流(liú)量計在13m3/h~250m3/h範(fan)圍内11個流(liu)量點的壓(yā)力損失,這(zhè)些流量點(dian)包含了國(guo)家計量檢(jiǎn)定标準的(de)4個特征流(liú)量點,符合(he)實際的流(liu)量檢測要(yao)求。由圖4可(kě)知:在全量(liàng)程範圍内(nei)，流量計壓(ya)力損失的(de)模拟結果(guǒ)與實驗結(jie)果十分吻(wěn)合,誤差僅(jǐn)在0~6%範圍内(nei)波動,證實(shí)了所采用(yòng)的數值模(mo)拟方法和(he)實驗測試(shì)方法的可(ke)靠性和準(zhǔn)确性,爲後(hòu)面流量計(ji)的結構改(gai)進和性能(néng)優化奠定(ding)了基礎。
 
3.2流(liú)量計内部(bù)特征分析(xī)
　　爲了獲得(de)氣體渦輪(lun)流量計結(jié)構改進思(si)路，首先對(duì)優化前流(liú)量計内部(bu)流場進行(hang)數值模拟(nǐ)。通過在葉(yè)輪旋轉中(zhong)心截取水(shuǐ)平剖面，得(de)到流場的(de)壓力場和(he)速度場雲(yun)圖。本文選(xuǎn)取流量點(dian)50m3/h、250m3/h作爲分析(xī)對象,對流(liú)量計内部(bu)的流場特(te)征進行定(dìng)量研究。
　　由(you)圖5(a)可知:當(dāng)流量爲50m3/h時(shi)，流量計進(jin)出口的總(zǒng)壓力損失(shī)約爲71.4Pa。由于(yu)受到前整(zhěng)流器和前(qián)導流體的(de)阻擋作用(yong)，前導流體(tǐ)迎風面壓(yā)力梯度與(yǔ)流動方向(xiàng)相反,邊界(jie)層發生分(fèn)離現象,造(zao)成能量損(sǔn)失。在表芯(xīn)支座側面(miàn),壓力從35.7Pa急(ji)劇減至13.2Pa;在(zài)近壁面處(chù)出現了負(fù)壓區，導緻(zhì)氣流運動(dong)紊亂。流量(liang)計的出口(kou)處出現了(le)明顯的負(fù)壓區，最大(da)負壓值約(yue)爲-14.5Pa,此處壓(yā)力梯度與(yǔ)流體流動(dòng)方向相反(fǎn)，且等壓線(xian)分布混亂(luan)，流場壓力(lì)分布非常(cháng)不均勻,大(dà)大增加了(le)流動的能(néng)量損失。
 
　　由(yóu)圖5(b)可知:流(liú)體經過表(biǎo)芯支座時(shí)，流道截面(miàn)突縮，流體(ti)速度從2.95m/s迅(xun)速增至7.9m/s。由(you)于表芯支(zhī)座結構的(de)特殊性,經(jing)過的流體(tǐ)無法以垂(chui)直角度沖(chong)擊葉輪,使(shi)得用葉輪(lún)轉速計算(suàn)得到的流(liú)量與實際(jì)流量存在(zai)較大偏差(cha)，降低了流(liu)量計的精(jīng)度。流體流(liu)出葉輪後(hòu),由于後導(dao)流體直徑(jing)大于葉輪(lún)輪毂直徑(jing)，流道截面(miàn)繼續縮小(xiǎo),氣流速度(dù)繼續增加(jiā)。後導流體(tǐ)出口處速(su)度梯度大(dà)，當流體有(you)旋運動與(yu)壁面分離(li)時，出現了(le)明顯的回(hui)流現象和(he)尾迹區域(yu)。受流體粘(zhān)性的影響(xiang)，尾迹中旋(xuan)渦的動能(néng)逐漸轉換(huàn)成熱能進(jin)一步耗散(san),增加了能(neng)量損失。
　　圖(tu)5(c,d)表示流量(liang)爲250m3/h時流量(liang)計内部流(liú)體的壓力(li)雲圖和速(su)度雲圖。随(sui)着流量的(de)增加,流量(liàng)計内部流(liu)體的湍流(liu)性質更加(jiā)明顯。流量(liàng)計的壓力(li)損失明顯(xian)增加,壓力(lì)損失約爲(wei)1390.5Pa。此時,表芯(xīn)支座處的(de)壓力梯度(dù)變化更加(jia)明顯;後導(dǎo)流體下遊(you)區域的流(liú)場更加紊(wen)亂，回流現(xian)象加劇，尾(wei)迹範圍明(ming)顯擴大。
　　上(shàng)述模拟結(jié)果給予我(wǒ)們重要提(ti)示:表芯支(zhi)座和後導(dao)流體的結(jié)構對流量(liàng)計性能的(de)影響非常(cháng)明顯，可以(yǐ)通過改進(jin)表芯支座(zuò)和後導流(liu)體的結構(gou)達到提高(gāo)流.量計性(xìng)能的目的(de)。在表芯支(zhi)座的優化(hua)中，可以從(cóng)減少側面(miàn)區域壓力(lì)梯度驟變(biàn)的角度考(kao)慮。在後導(dǎo)流體的優(yōu)化中,可以(yǐ)從穩定流(liu)場、減弱回(huí)流，縮小負(fù)壓區和尾(wěi)迹範圍的(de)方向思考(kao)。
3.3流量計結(jié)構改進方(fang)案
　　基于流(liu)量計流場(chang)特征的分(fen)析,将原來(lai)的表芯支(zhī)座和後導(dao)流體結構(gou)進行改進(jìn)設計。首先(xian)，表芯支座(zuo)迎風面一(yī)側的直徑(jìng)從64mm縮減至(zhi)50mm,如圖6(a-b)所示(shi),運用所形(xing)成的18.5°坡度(du)來減緩流(liú)體的壓力(lì)梯度變化(huà)，從而減少(shao)流量計的(de)壓力損失(shi)。其次.對後(hou)導流體的(de)直徑進行(háng)縮減，如圖(tu)6(d)~圖6(e)所示，直(zhi)徑從原來(lái)的66mm減至62mm,以(yǐ)減小對流(liú)出葉輪流(liu)體的阻礙(ài)。最後,運用(yòng)3D打印技術(shù)，制作優化(hua)後的表芯(xin)支座和後(hou)導流體模(mó)型成品，如(ru)圖6(c)、圖6(f)所示(shì)。
 
3.4流量計性(xing)能指标評(píng)價
　　爲驗證(zheng)改進方案(àn)的可行性(xìng)，對改進模(mó)型進行仿(páng)真，從流場(chang)的角度分(fen)析其優化(hua)效果。流量(liàng)點同樣選(xuǎn)取50m3/h、250m3/h作爲分(fèn)析對象，流(liú)量計内部(bù)流場特征(zheng)如圖7所示(shi)。從結構整(zhěng)體優化的(de)模拟結果(guǒ)可以看出(chū):由于改變(bian)了表芯支(zhī)座的坡度(du)使得氣流(liú)更加平緩(huan)，其迎風面(mian)高壓區減(jiǎn)小，側面的(de)負壓區消(xiao)失,壓力梯(tī)度驟變的(de)情況得到(dao)緩解;後導(dǎo)流體下遊(you)區域流場(chang)紊亂的現(xian)象也得到(dào)明顯改善(shan)，壓力分布(bù)變得更均(jun)勻;尾迹區(qu)域的面積(jī)減小,尾迹(jì)耗散引起(qi)的能量降(jiàng)低;流量計(jì)出口處的(de)壓力梯度(dù)變化更均(jun)勻,後導流(liú)體的導流(liu)效果明顯(xiǎn)提升;總壓(ya)，力損失明(míng)顯降低,在(zài)50m3/h流量點降(jiàng)低了約46.2%,在(zài)250m3/h流量點降(jiang)低了約45.8%。
 
　　爲(wei)進一步驗(yan)證結構改(gai)進效果，用(yòng)優化後的(de)表芯支座(zuò)和後導流(liú)體成品模(mó)型代替原(yuán)模型中的(de)表芯支座(zuo)和後導流(liu)體結構，安(an)裝進氣體(ti)渦輪流量(liang)計進行實(shí)驗測試。根(gēn)據《渦輪流(liú)量計檢定(ding)規章》,通過(guò)重複實驗(yan)獲得多組(zǔ)實驗數據(jù),數據處理(lǐ)後得到流(liu)量計的壓(yā)，力損失、儀(yí)表系數、最(zuì)大示值誤(wù)差等性能(néng)指标，進而(er)評價流量(liang)計的結構(gou)優化效果(guo)及其計量(liàng)性能。表1所(suǒ)示爲實驗(yàn)測試的數(shù)據處理結(jié)果。
 
　　首先,對(dui)結構優化(hua)前後流量(liang)計壓力損(sǔn)失的實驗(yàn)結果進行(háng)分析。圖8表(biao)示原模型(xing)、優化表芯(xīn)支座模型(xíng)、優化後導(dǎo)流體模型(xíng)，以及整體(ti)優化模型(xing)的壓力損(sǔn)失随着流(liu)量變化的(de)規律。随着(zhe)流量的增(zēng)大，所有流(liú)量計模型(xing)的壓力損(sǔn)失均呈明(míng)顯增大趨(qu)勢。兩個結(jié)構優化方(fāng)案均對壓(yā)力損失的(de)降低起到(dào)了作用，當(dang)流量爲250m3/h時(shi)，整體優化(hua)模型将壓(yā)力損失降(jiàng)低至.749.8Pa,降低(dī)幅度約42.6%,有(you)效地減少(shao)流量計在(zai)使用過程(chéng)的能耗，提(ti)高了流量(liang)計的性能(neng)。
　　根據實驗(yàn)測試數據(jù),運用式(2)、式(shì)(3)，計算得到(dao)了流量計(jì)的儀表系(xì)數K。圖9所示(shi)爲結構優(you)化前後流(liu)量計儀表(biǎo)系數随着(zhe)流量的變(biàn)化規律。在(zai)小流量情(qing)況下(0~50m3/h),儀表(biao)系數起伏(fú)很明顯,這(zhè)主要由于(yu)流量計受(shòu)葉輪慣性(xing)力、流體阻(zǔ)力以及機(jī)械阻力等(děng)因素的影(ying)響而造成(chéng);相對而言(yán)整體優化(hua)模型的儀(yí)表系數較(jiao)好。在大流(liu)量情況下(xià)(50m3/h~250m3/h)，四個模型(xing)的儀表系(xi)數都較爲(wei)平整;相對(duì)于原模型(xíng),三種優化(huà)模型的儀(yi)表系數都(dōu)更趨于恒(héng)定,這表明(ming)優化表芯(xīn)支座和後(hou)導流體結(jié)構可以提(tí)高流量計(jì)測量的精(jing)度。
　　爲了定(ding)量表征儀(yi)表系數的(de)穩定性，根(gēn)據式(4)，文章(zhāng)計算得到(dao)了流量計(ji)的最大示(shì)值誤差。由(you)表1可知:優(yōu)化後導流(liú)體後流量(liàng)計的最大(dà)示值誤差(chà)降至0.242%，降低(di)了約17.7%。優化(huà)表芯支座(zuo)不能明顯(xiǎn)降低流量(liàng)計的最大(dà)示值誤差(chà)，其線性度(dù)誤差約爲(wèi)0.283%。在同時優(yōu)化表芯支(zhi)座和後導(dǎo)流體的情(qíng)況下，最大(dà)示值誤差(chà)明顯減小(xiǎo)，降幅約爲(wei)22.45%。這表明本(běn)文所提出(chū)的優化方(fāng)案可以明(ming)顯提升流(liú)量計儀表(biǎo)系數的穩(wěn)定性。
 
結論(lun)
　　采用CFD數值(zhi)模拟方法(fa)，氣體渦輪(lún)流量計内(nèi)部的流場(chǎng)特征，進而(ér)提出了關(guān)于流量計(ji)表芯支座(zuò)和後導流(liú)體的結構(gòu)優化方案(àn)。基于标準(zhǔn)表法實驗(yan)測試技術(shu)，比較分析(xi)了結構優(yōu)化前後流(liu)量計的壓(ya)力損失、儀(yí)表系數以(yǐ)及線性度(dù)誤差等性(xìng)能指标。研(yan)究結果如(rú)下:
①數值結(jie)果表明:表(biao)芯支座側(cè)面的壓力(lì)梯度驟變(bian)和後導流(liú)體尾部的(de)回流和尾(wěi)流特征是(shi)影響氣體(tǐ)渦輪流量(liàng)計性能的(de)主要因素(sù)。
②實驗結果(guo)表明:對表(biao)芯支座和(he)後導流體(ti)結構單獨(du)優化後，氣(qi)體渦輪流(liu)量計的壓(ya)力損失分(fen)别降低約(yuē)24.2%和17.8%、最大示(shì)值誤差分(fen)别降低約(yue)17.7%和3.7%。
③對表芯(xin)支座和後(hòu)導流體整(zhěng)體優化後(hòu),氣體渦輪(lun)流量計的(de)性能得到(dào)了進一步(bu)提高，總的(de)壓力損失(shi)降低約43.61%,總(zong)的最大示(shì)值誤差減(jian)小約22.45%

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