摘(zhāi)要:運用(yong)數值模(mo)拟和實(shí)驗測試(shì)相結合(hé)的方法(fa)，對氣體(ti)渦輪流(liu)量計 進(jìn)行了結(jie)構改進(jin)和性能(neng)優化。基(ji)于内部(bu)流體的(de)壓力場(chǎng)和速度(du)場特征(zhēng)分析,得(de)出了影(yǐng)響流量(liang)計性能(néng)的主要(yào)結構爲(wei)表芯支(zhi)座和後(hòu)導流體(ti),主要因(yin)素爲表(biǎo)芯支座(zuo)側面的(de)壓力梯(ti)度驟降(jiang)和後導(dao)流體下(xià)遊的尾(wei)流耗散(sàn)。通過對(duì)表芯支(zhi)座和後(hòu)導流體(tǐ)進行結(jié)構優化(hua),流量計(jì)的計量(liang)性能得(de)到了提(ti)升。表明(ming):結構優(yōu)化後流(liu)量計的(de)壓力損(sǔn)失在最(zui)大流量(liàng)下減小(xiao)了約42.61%,最(zuì)大示值(zhi)誤差降(jiàng)低了22.45%左(zuǒ)右，儀表(biao)系數也(yě)更加趨(qū)于恒定(ding)。結論有(you)助于爲(wèi)今後開(kai)發性能(neng)更好的(de)氣體渦(wo)輪流量(liàng)計提供(gong)理論指(zhi)導和技(jì)術支持(chí)。
　　氣體渦(wo)輪流量(liang)計是一(yi)種速度(dù)式的流(liu)量傳感(gǎn)器，具有(you)測量精(jīng)度高、量(liang)程範圍(wéi)廣、可靠(kào)性好以(yǐ)及使用(yòng)方便等(děng)優點。随(sui)着我國(guó)西氣東(dong)輸工程(cheng)的全線(xiàn)貫通，縱(zong)橫交錯(cuo)的天然(ran)氣管網(wǎng)使我國(guo)形成世(shi)界上天(tian)然氣管(guǎn)網。氣體(tǐ)渦輪流(liu)量計被(bei)廣泛應(ying)用于天(tian)然氣管(guǎn)網中的(de)貿易計(jì)量，市場(chang)前景廣(guǎng)闊。氣體(tǐ)渦輪流(liu)量計的(de)結構改(gǎi)進及其(qí)性能優(yōu)化在流(liu)量計量(liàng)領域具(jù)有十分(fen)重要的(de)應用價(jià)值與現(xiàn)實意義(yi)。
　　将氣體(ti)渦輪流(liu)量計前(qián)整流器(qi)的葉片(pian)截取合(he)适切角(jiǎo)，發現當(dang)葉片切(qie)角參數(shu)爲0.25時流(liu)量計的(de)性能最(zui)好。對前(qián)整流器(qi)結構進(jin)行分析(xī),得到了(le)流量計(jì)壓力損(sun)失和線(xiàn)性度誤(wù)差均爲(wei)最小時(shí)前整流(liú)器的葉(yè)片數與(yǔ)長度。在(zài)前導流(liú)體研究(jiu)方面.将(jiang)前導流(liu)體直徑(jing)、前導流(liú)體與輪(lún)毂間距(jù)作爲改(gǎi)進參數(shu),比較了(le)不同結(jie)構參數(shu)下氣體(ti)渦輪流(liú)量計的(de)性能指(zhǐ)标。用流(liu)線型前(qián)導流體(ti)結構代(dai)替傳統(tong)半球形(xíng)前導流(liu)體，使得(de)流量計(ji)的壓力(lì)損失降(jiàng)低了近(jìn)33%。一種三(sān)葉片長(zhǎng)螺旋葉(yè)輪結構(gòu)，流量計(jì)測量的(de)重複性(xìng)明顯提(tí)高,測量(liàng)的相對(duì)示值誤(wu)差明顯(xian)降低。基(ji)于響應(ying)面法和(hé)正交試(shì)驗法，得(dé)出了影(yǐng)響流量(liàng)計性能(néng)的葉輪(lun)結構參(can)數順序(xù)爲:葉輪(lun)頂端半(bàn)徑>葉輪(lún)葉片數(shù)>葉輪輪(lun)毂長度(du)>葉輪輪(lun)毂半徑(jìng)。在後導(dǎo)流體方(fāng)面，優化(hua)了後導(dǎo)流體的(de)葉片倒(dao)角。發現(xiàn)流量計(ji)的壓力(lì)損失随(sui)着葉片(pian)倒角的(de)增大而(er)增加。通(tōng)過數值(zhi)模拟對(dui)流量計(jì)内部的(de)流場特(tè)征進行(háng)分析,發(fā)現後導(dǎo)流體産(chǎn)生的壓(yā)力損失(shi)達到了(le)總壓力(li)損失的(de)55%。
　　綜上所(suǒ)述,前人(ren)對氣體(ti)渦輪流(liú)量計的(de)研究主(zhu)要集中(zhōng)在葉輪(lún)、前整流(liú)器與前(qian)導流體(tǐ)部分，而(ér)對後導(dǎo)流體與(yu)表芯支(zhi)座的結(jié)構改進(jin)及其性(xìng)能優化(huà)目前還(hai)較爲少(shǎo)見。實際(ji)上,後導(dao)流體在(zài)流量計(jì)中對流(liu)體起到(dào)穩流和(hé)導流的(de)作用,表(biao)芯支座(zuo)是固定(ding)葉輪的(de)主要結(jie)構,它們(men)均會對(dui)流量計(ji)的性能(neng)産生影(ying)響。因此(cǐ),以TM80氣體(tǐ)渦輪流(liu)量計爲(wèi)對象,采(cai)用數值(zhi)模拟與(yǔ)實驗測(ce)試相結(jie)合的方(fang)式,研究(jiu)流量計(jì)内部的(de)流場特(tè).征，提出(chū)針對表(biao)芯支座(zuo)和後導(dao)流體的(de)結構優(yōu)化方案(an)，進而評(ping)估優化(huà)前後流(liu)量計的(de)性能指(zhǐ)标,探索(suo)出提高(gāo)流量計(ji)計量性(xing)能的方(fāng)法。
1流量(liàng)計的物(wu)理模型(xing)與性能(néng)指标
1.1流(liú)量計的(de)物理模(mo)型
　　以氣(qi)體渦輪(lun)流量計(jì)爲研究(jiu)對象,流(liu)量計的(de)結構主(zhǔ)要由前(qian)整流器(qi)、前導流(liú)體、葉輪(lún)、表芯支(zhī)座、後導(dǎo)流體以(yi)及殼體(ti)等組成(cheng),其物理(lǐ)模型如(rú)圖1所示(shi)。流量計(ji)的前整(zhěng)流器采(cai)用葉栅(shan)結構，葉(yè)栅數爲(wèi)16;前導流(liu)體由第(dì)二級16片(pian)葉栅(與(yǔ)前整流(liu)器葉栅(shān)呈11.5°夾角(jiao))和80mm長的(de)圓柱結(jié)構組成(chéng);表芯支(zhī)座用于(yu)固定葉(yè)輪，葉輪(lún)的葉片(pian)數爲12,螺(luó)旋角爲(wèi)45°;後導流(liú)體置于(yú)葉輪之(zhi)後,用于(yú)穩定出(chu)口處的(de)氣流。
 
 
　　氣(qì)體渦輪(lun)流量計(ji)的工作(zuo)原理爲(wei):被測氣(qì)體從管(guǎn)道流入(ru)流量計(jì)，首先經(jīng)過前整(zhěng)流器和(hé)前導流(liú)體進行(hang)整流,之(zhi)後氣流(liú)推動葉(yè)輪使之(zhi)産生周(zhōu)期性旋(xuan)轉,葉輪(lun)轉速與(yu)被測流(liú)體的平(píng)均流速(sù)成正比(bǐ)。葉輪旋(xuan)轉後帶(dai)動磁電(diàn)轉換器(qì)，使其磁(ci)阻值發(fa)生變化(huà),在感應(ying)線圈中(zhōng)産生周(zhou)期性變(biàn)化的感(gan)應電勢(shi),該信号(hào)經放大(da)器放大(dà)後送至(zhì)儀表盤(pan)顯示。
1.2流(liú)量計的(de)性能指(zhi)标
　　根據(ju)氣體渦(wō)輪流量(liang)計檢定(ding)規章《JJG1037-2008》壓(yā)力損失(shī)、儀表系(xì)數、線性(xing)度誤差(chà)等是衡(héng)量氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計計(ji)量性能(néng)的重要(yao)指标。
①壓(ya)力損失(shi)
　　壓力損(sun)失△P表征(zheng)流體通(tōng)過流量(liang)計的能(neng)量損失(shī),降低壓(yā)力損失(shi)能夠減(jiǎn)少流量(liang)計在使(shi)用過程(cheng)的能耗(hao)氣體通(tōng)過流量(liang)計的壓(ya)力損失(shi)計算公(gōng)式爲:
 
式(shi)中:α爲壓(ya)力損失(shi)系數;ρ爲(wèi)氣流密(mì)度，單位(wèi)爲kg/m3u爲氣(qì)流流速(su),單位爲(wèi)m/s。
②儀表系(xì)數
　　儀表(biao)系數K是(shì)表征流(liu)量計測(ce)量準确(que)度和量(liang)程比的(de)關鍵性(xing)能指标(biāo)。各流量(liàng)點的儀(yí)表系數(shù)Ki與待測(ce)氣流體(tǐ)積流量(liang)Qi及流量(liàng)計輸出(chu)脈沖頻(pin)率ƒ的關(guān)系式爲(wèi):
 
按計量(liang)檢定規(gui)章，儀表(biǎo)系數K可(ke)以由式(shi)(3)進行計(ji)算:
 
　　式中(zhong):(K)max和(Ki)min分别(bie)表示流(liú)量計在(zài)分界流(liú)量maxmin點q,到(dào)最大流(liu)量點qmax範(fàn)圍内各(ge)個流量(liàng)檢定點(dian)得到Ki的(de)最大值(zhi)和最小(xiao)值，單位(wèi)爲(m3)-1。K越接(jiē)近恒定(dìng),表示流(liú)量計的(de)測量穩(wen)定性越(yue)高,進行(hang)流量轉(zhuǎn)換時的(de)精度也(yě)越高。
③最(zui)大示值(zhi)誤差E
　　爲(wei)了定量(liang)表征儀(yí)表系數(shù)的穩定(ding)性，引入(rù)最大示(shì)值誤差(cha)。根據計(ji)量檢定(ding)規章,最(zui)大示值(zhí)誤差E可(kě)以由式(shi)(4)進行計(jì)算:
 
　　在量(liàng)程範圍(wéi)内最大(da)示值誤(wù)差越小(xiǎo)，表明流(liú)量計的(de)儀表系(xi)數越穩(wen)定,線性(xìng)度也就(jiù)越好。
2數(shù)值模拟(nǐ)與實驗(yàn)測試方(fang)法
2.1數值(zhi)模拟方(fāng)法
　　氣流(liú)在氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計内(nèi)部的流(liu)動遵循(xún)流體力(lì)學的基(jī)本方程(chéng)，即滿足(zú)流體運(yun)動的質(zhì)量守恒(héng)方程和(he)動量守(shou)恒方程(chéng)。質量守(shǒu)恒方程(chéng)和動量(liàng)守恒方(fāng)法表示(shi)爲：
 
　　式中(zhōng):xi，xi爲空間(jian)坐标分(fen)量，ui，uj爲流(liú)體流動(dòng)速度分(fèn)量:p爲靜(jing)壓，pij爲應(ying)力張量(liàng)ƒi爲體積(jī)力分量(liàng)。
　　由于流(liu)量計結(jié)構十分(fen)複雜,氣(qi)流在流(liu)量計内(nei)部的運(yun)動往往(wang)呈現湍(tuān)流狀态(tài)。爲了實(shí)現對湍(tuān)流的模(mo)拟，需要(yao)額外引(yin)入湍流(liú)模型。本(běn)文選取(qǔ)RNGk-ε模型作(zuò)爲湍流(liu)模型，其(qi)湍流動(dong)能h和耗(hao)散率ε的(de)輸運方(fang)程表示(shì)爲:
 
　　式中(zhōng):Gk表示平(píng)均速度(du)梯度所(suǒ)産生的(de)湍流動(dòng)能.αε，αk分别(bié)表示ε和(he)h的擴散(san)率,C1ε、C2ε爲系(xì)數。
　　由于(yú)氣流運(yun)動與葉(ye)輪旋轉(zhuan)存在相(xiang)互作用(yong)，需要引(yin)入扭矩(ju)模型根(gēn)據力矩(jǔ)平衡原(yuán)理,葉輪(lun)旋轉的(de)運動方(fāng)程可以(yǐ)表示爲(wei):
 
　　式中:J爲(wei)葉輪慣(guan)性力矩(ju)，單位爲(wei)kg·m2;dɷ/dt爲葉輪(lún)角加速(su)度，單位(wei)爲rad/s2;M1爲流(liu)體對葉(ye)輪驅動(dong)力矩;M2爲(wèi)軸承摩(mo)擦阻力(lì)矩，單位(wèi)爲N·m;M3爲黏(nián)性阻力(lì)矩，單位(wei)爲N·m;M4爲磁(ci)阻力矩(ju)，單位爲(wèi)N·m;t爲時間(jiān)，單位爲(wèi)s。
　　采用Fluent軟(ruan)件求解(jie)流量計(jì)内部氣(qi)流的運(yùn)動方程(cheng)。爲了消(xiāo)除管道(dao)進口段(duan)效應對(duì)模拟結(jié)果的影(yǐng)響，在流(liu)量計的(de)進出口(kou)均增加(jiā)了10D的直(zhi)管段(D爲(wei)機芯直(zhí)徑)。由于(yú)給定了(le)流體的(de)體積流(liu)量,進口(kou)采用速(sù)度進口(kǒu)邊界條(tiao)件,進口(kǒu)平均速(su)度通過(guo)u=Qv/A确定,方(fāng)向與進(jìn)口直管(guǎn)段截面(mian)垂直;出(chu)口爲大(dà)氣壓，壁(bi)面采用(yòng)無滑移(yí)邊界。爲(wèi)了求解(jie)葉輪旋(xuan)轉運動(dòng)方程，把(ba)整個計(jì)算區域(yù)分解爲(wei)靜區域(yu)和葉輪(lún)旋轉的(de)動區域(yu)，動區域(yu)和靜區(qū)域之間(jiān)采用多(duo)重參考(kǎo)模型(MRF)耦(ǒu)合葉輪(lun)采用滑(hua)移邊界(jie)條件，與(yu)旋轉區(qu)域具有(you)相同的(de)轉速。葉(ye)輪旋轉(zhuǎn)區域與(yu)前後靜(jing)區域之(zhi)間的表(biao)面定義(yi)爲interface邊界(jie),便于與(yǔ)其他流(liu)域進行(hang)信息交(jiao)換。
2.2測試(shi)方法
　　測(cè)試采用(yong)标準表(biao)法氣體(ti)流量标(biao)準裝置(zhì)。實驗裝(zhuāng)置主要(yao)由羅茨(ci)流量計(jì)、氣體渦(wo)輪流量(liang)計、穩壓(yā)氣罐、氣(qi)動閥門(men)、氣泵和(he)控制系(xi)統等組(zǔ)成，如圖(tú)2所示。實(shi)驗通過(guo)遠程操(cāo)作PLC設備(bèi)，調節氣(qi)動閥門(mén)的開度(dù),實現對(duì)氣體體(ti)積流量(liàng)的控制(zhi)。羅茨流(liu)量計作(zuo)爲标準(zhǔn)表,其工(gong)作量程(cheng)爲0~250m3/h,流量(liàng)控制精(jīng)度爲0.5級(ji)。氣體渦(wo)輪流量(liàng)計作爲(wei)待測流(liu)量計，其(qí)測量精(jing)度等級(jí)爲1級，工(gong)作量程(cheng)爲13m3/h~250m3/h,量程(chéng)比爲20:1。差(chà)壓計的(de)兩個.測(cè)壓口分(fen)别安裝(zhuang)在待測(cè)流量計(jì)的前後(hòu)直管段(duàn)3D處，其量(liàng)程範圍(wei)爲土3000Pa.測(cè)量精度(dù)等級爲(wèi)1級。氣泵(bèng)與氣動(dòng)閥門相(xiàng)連，能夠(gou)産生相(xiang)對穩定(ding)的負壓(ya)。根據國(guo)家計量(liàng)檢定标(biāo)準，氣體(ti)渦輪流(liú)量計需(xu)檢定13m3/h、50m3/h、100m3/h和(hé)250m3/h等特征(zheng)流量點(diǎn)。每個流(liu)量點進(jin)行多次(ci)測量,實(shi)驗結果(guǒ)得到标(biāo)準表和(he)被測流(liú)量計的(de)壓力損(sun)失、脈沖(chong)數、體積(ji)流量以(yǐ)及單流(liú)量點的(de)測量時(shí)間，數據(jù)處理後(hou)得到儀(yi)表系數(shù)和最大(da)示值誤(wù)差等指(zhǐ)标，進而(ér)評估氣(qì)體渦輪(lún)流量計(ji)的計量(liàng)性能。
 
3結(jie)果分析(xi)與讨論(lùn)
3.1方法驗(yàn)證
　　根據(ju)氣體渦(wō)輪流量(liàng)計的結(jié)構設計(ji)圖紙，運(yùn)用SolidWorks軟件(jian)對各部(bu)分零件(jian)進行組(zu)裝建模(mo)，将建好(hǎo)的模型(xíng)導入ANSYSWorkBench進(jin)行網格(gé)劃分。采(cǎi)用分塊(kuai)化方法(fa)劃分網(wǎng)格，直管(guǎn)段采用(yòng)結構化(hua)網格;由(yóu)于葉輪(lún)和後導(dao)流體的(de)結構更(gèng)爲複雜(za),采用非(fei)結構混(hùn)合網格(gé)，并對其(qí)進行細(xì)化處理(li)，最後進(jin)行網格(ge)無關性(xing)驗證，如(rú)圖3所示(shi)。當網格(ge)數量爲(wei)580萬與670萬(wan)時,兩者(zhě)的壓力(li)損失相(xiàng)差僅爲(wei)21Pa，故本文(wen)選取580萬(wàn)網格數(shù)量進行(hang)後面的(de)數值模(mo)拟研究(jiū)。
 
　　爲了驗(yan)證模拟(nǐ)方法的(de)可靠性(xìng),本文比(bi)較了氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)在13m3/h~250m3/h範圍(wei)内11個流(liú)量點的(de)壓力損(sǔn)失,這些(xiē)流量點(dian)包含了(le)國家計(ji)量檢定(ding)标準的(de)4個特征(zhēng)流量點(dian),符合實(shi)際的流(liú)量檢測(ce)要求。由(you)圖4可知(zhī):在全量(liang)程範圍(wei)内，流量(liang)計壓力(li)損失的(de)模拟結(jie)果與實(shí)驗結果(guo)十分吻(wen)合,誤差(cha)僅在0~6%範(fàn)圍内波(bō)動,證實(shí)了所采(cai)用的數(shu)值模拟(ni)方法和(he)實驗測(ce)試方法(fa)的可靠(kào)性和準(zhun)确性,爲(wei)後面流(liú)量計的(de)結構改(gǎi)進和性(xing)能優化(hua)奠定了(le)基礎。
 
3.2流(liu)量計内(nei)部特征(zheng)分析
　　爲(wei)了獲得(dé)氣體渦(wo)輪流量(liàng)計結構(gòu)改進思(sī)路，首先(xiān)對優化(hua)前流量(liang)計内部(bu)流場進(jin)行數值(zhi)模拟。通(tōng)過在葉(yè)輪旋轉(zhuan)中心截(jié)取水平(ping)剖面，得(de)到流場(chang)的壓力(li)場和速(su)度場雲(yun)圖。本文(wén)選取流(liu)量點50m3/h、250m3/h作(zuò)爲分析(xi)對象,對(dui)流量計(jì)内部的(de)流場特(te)征進行(hang)定量研(yán)究。
　　由圖(tú)5(a)可知:當(dang)流量爲(wei)50m3/h時，流量(liàng)計進出(chu)口的總(zǒng)壓力損(sun)失約爲(wèi)71.4Pa。由于受(shòu)到前整(zheng)流器和(he)前導流(liu)體的阻(zu)擋作用(yong)，前導流(liú)體迎風(fēng)面壓力(lì)梯度與(yu)流動方(fāng)向相反(fan),邊界層(ceng)發生分(fen)離現象(xiang),造成能(neng)量損失(shi)。在表芯(xin)支座側(ce)面,壓力(li)從35.7Pa急劇(jù)減至13.2Pa;在(zài)近壁面(miàn)處出現(xian)了負壓(ya)區，導緻(zhì)氣流運(yun)動紊亂(luan)。流量計(jì)的出口(kǒu)處出現(xian)了明顯(xian)的負壓(ya)區，最大(dà)負壓值(zhi)約爲-14.5Pa,此(cǐ)處壓力(lì)梯度與(yǔ)流體流(liu)動方向(xiàng)相反，且(qiě)等壓線(xiàn)分布混(hun)亂，流場(chǎng)壓力分(fèn)布非常(chang)不均勻(yún),大大增(zeng)加了流(liú)動的能(néng)量損失(shī)。
 
　　由圖5(b)可(ke)知:流體(tǐ)經過表(biao)芯支座(zuo)時，流道(dao)截面突(tu)縮，流體(tǐ)速度從(cóng)2.95m/s迅速增(zeng)至7.9m/s。由于(yú)表芯支(zhi)座結構(gou)的特殊(shu)性,經過(guo)的流體(tǐ)無法以(yi)垂直角(jiao)度沖擊(jī)葉輪,使(shi)得用葉(yè)輪轉速(su)計算得(de)到的流(liú)量與實(shi)際流量(liang)存在較(jiao)大偏差(cha)，降低了(le)流量計(jì)的精度(du)。流體流(liu)出葉輪(lún)後,由于(yu)後導流(liu)體直徑(jìng)大于葉(yè)輪輪毂(gū)直徑，流(liu)道截面(mian)繼續縮(suō)小,氣流(liú)速度繼(ji)續增加(jia)。後導流(liú)體出口(kǒu)處速度(dù)梯度大(da)，當流體(ti)有旋運(yun)動與壁(bi)面分離(li)時，出現(xiàn)了明顯(xian)的回流(liu)現象和(he)尾迹區(qū)域。受流(liu)體粘性(xing)的影響(xiang)，尾迹中(zhong)旋渦的(de)動能逐(zhú)漸轉換(huàn)成熱能(néng)進一步(bù)耗散,增(zēng)加了能(néng)量損失(shī)。
　　圖5(c,d)表示(shì)流量爲(wei)250m3/h時流量(liang)計内部(bù)流體的(de)壓力雲(yun)圖和速(su)度雲圖(tu)。随着流(liu)量的增(zēng)加,流量(liang)計内部(bu)流體的(de)湍流性(xing)質更加(jia)明顯。流(liú)量計的(de)壓力損(sǔn)失明顯(xian)增加,壓(yā)力損失(shī)約爲1390.5Pa。此(ci)時,表芯(xīn)支座處(chu)的壓力(li)梯度變(biàn)化更加(jiā)明顯;後(hòu)導流體(ti)下遊區(qu)域的流(liú)場更加(jiā)紊亂，回(hui)流現象(xiàng)加劇，尾(wěi)迹範圍(wéi)明顯擴(kuò)大。
　　上述(shu)模拟結(jié)果給予(yu)我們重(zhòng)要提示(shì):表芯支(zhi)座和後(hòu)導流體(tǐ)的結構(gòu)對流量(liàng)計性能(neng)的影響(xiǎng)非常明(míng)顯，可以(yǐ)通過改(gǎi)進表芯(xin)支座和(he)後導流(liu)體的結(jie)構達到(dao)提高流(liú).量計性(xing)能的目(mù)的。在表(biǎo)芯支座(zuò)的優化(huà)中，可以(yǐ)從減少(shao)側面區(qū)域壓力(li)梯度驟(zhòu)變的角(jiǎo)度考慮(lǜ)。在後導(dǎo)流體的(de)優化中(zhōng),可以從(cong)穩定流(liú)場、減弱(ruo)回流，縮(suō)小負壓(yā)區和尾(wei)迹範圍(wéi)的方向(xiàng)思考。
3.3流(liu)量計結(jié)構改進(jin)方案
　　基(ji)于流量(liang)計流場(chǎng)特征的(de)分析,将(jiang)原來的(de)表芯支(zhi)座和後(hòu)導流體(ti)結構進(jìn)行改進(jìn)設計。首(shǒu)先，表芯(xīn)支座迎(yíng)風面一(yi)側的直(zhí)徑從64mm縮(suō)減至50mm,如(ru)圖6(a-b)所示(shi),運用所(suǒ)形成的(de)18.5°坡度來(lai)減緩流(liú)體的壓(yā)力梯度(du)變化，從(cóng)而減少(shǎo)流量計(ji)的壓力(li)損失。其(qi)次.對後(hou)導流體(ti)的直徑(jìng)進行縮(suo)減，如圖(tú)6(d)~圖6(e)所示(shi)，直徑從(cóng)原來的(de)66mm減至62mm,以(yi)減小對(duì)流出葉(yè)輪流體(tǐ)的阻礙(ài)。最後,運(yun)用3D打印(yìn)技術，制(zhi)作優化(huà)後的表(biao)芯支座(zuo)和後導(dao)流體模(mó)型成品(pǐn)，如圖6(c)、圖(tú)6(f)所示。
 
3.4流(liu)量計性(xìng)能指标(biāo)評價
　　爲(wèi)驗證改(gai)進方案(an)的可行(háng)性，對改(gai)進模型(xíng)進行仿(páng)真，從流(liu)場的角(jiǎo)度分析(xi)其優化(huà)效果。流(liú)量點同(tóng)樣選取(qu)50m3/h、250m3/h作爲分(fen)析對象(xiàng)，流量計(jì)内部流(liu)場特征(zheng)如圖7所(suo)示。從結(jié)構整體(ti)優化的(de)模拟結(jie)果可以(yi)看出:由(you)于改變(biàn)了表芯(xīn)支座的(de)坡度使(shǐ)得氣流(liu)更加平(ping)緩，其迎(yíng)風面高(gao)壓區減(jiǎn)小，側面(mian)的負壓(yā)區消失(shī),壓力梯(ti)度驟變(bian)的情況(kuàng)得到緩(huǎn)解;後導(dǎo)流體下(xia)遊區域(yù)流場紊(wen)亂的現(xiàn)象也得(de)到明顯(xian)改善，壓(yā)力分布(bu)變得更(gèng)均勻;尾(wěi)迹區域(yù)的面積(jī)減小,尾(wěi)迹耗散(sàn)引起的(de)能量降(jiang)低;流量(liàng)計出口(kou)處的壓(ya)力梯度(du)變化更(geng)均勻,後(hou)導流體(ti)的導流(liú)效果明(ming)顯提升(sheng);總壓，力(lì)損失明(míng)顯降低(dī),在50m3/h流量(liang)點降低(dī)了約46.2%,在(zài)250m3/h流量點(dian)降低了(le)約45.8%。
 
　　爲進(jin)一步驗(yàn)證結構(gou)改進效(xiao)果，用優(you)化後的(de)表芯支(zhi)座和後(hou)導流體(tǐ)成品模(mo)型代替(ti)原模型(xing)中的表(biao)芯支座(zuo)和後導(dǎo)流體結(jié)構，安裝(zhuāng)進氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計進(jin)行實驗(yàn)測試。根(gēn)據《渦輪(lún)流量計(ji)檢定規(gui)章》,通過(guo)重複實(shí)驗獲得(dé)多組實(shi)驗數據(jù),數據處(chù)理後得(dé)到流量(liang)計的壓(yā)，力損失(shī)、儀表系(xì)數、最大(da)示值誤(wù)差等性(xing)能指标(biao)，進而評(ping)價流量(liang)計的結(jié)構優化(huà)效果及(jí)其計量(liàng)性能。表(biǎo)1所示爲(wei)實驗測(cè)試的數(shù)據處理(li)結果。
 
　　首(shǒu)先,對結(jie)構優化(huà)前後流(liú)量計壓(yā)力損失(shi)的實驗(yan)結果進(jìn)行分析(xi)。圖8表示(shì)原模型(xing)、優化表(biao)芯支座(zuò)模型、優(yōu)化後導(dao)流體模(mó)型，以及(ji)整體優(you)化模型(xing)的壓力(li)損失随(suí)着流量(liang)變化的(de)規律。随(suí)着流量(liang)的增大(da)，所有流(liu)量計模(mo)型的壓(ya)力損失(shī)均呈明(ming)顯增大(dà)趨勢。兩(liǎng)個結構(gòu)優化方(fāng)案均對(dui)壓力損(sǔn)失的降(jiang)低起到(dào)了作用(yòng)，當流量(liang)爲250m3/h時，整(zhěng)體優化(hua)模型将(jiang)壓力損(sun)失降低(di)至.749.8Pa,降低(di)幅度約(yue)42.6%,有效地(dì)減少流(liú)量計在(zai)使用過(guò)程的能(néng)耗，提高(gao)了流量(liang)計的性(xing)能。
　　根據(jù)實驗測(ce)試數據(jù),運用式(shi)(2)、式(3)，計算(suan)得到了(le)流量計(jì)的儀表(biao)系數K。圖(tu)9所示爲(wèi)結構優(you)化前後(hou)流量計(jì)儀表系(xi)數随着(zhe)流量的(de)變化規(guī)律。在小(xiao)流量情(qíng)況下(0~50m3/h),儀(yi)表系數(shù)起伏很(hen)明顯,這(zhè)主要由(you)于流量(liàng)計受葉(yè)輪慣性(xìng)力、流體(ti)阻力以(yǐ)及機械(xiè)阻力等(děng)因素的(de)影響而(er)造成;相(xiang)對而言(yan)整體優(yōu)化模型(xing)的儀表(biǎo)系數較(jiào)好。在大(da)流量情(qíng)況下(50m3/h~250m3/h)，四(sì)個模型(xíng)的儀表(biǎo)系數都(dōu)較爲平(ping)整;相對(duì)于原模(mo)型,三種(zhong)優化模(mo)型的儀(yi)表系數(shù)都更趨(qu)于恒定(dìng),這表明(ming)優化表(biao)芯支座(zuò)和後導(dǎo)流體結(jie)構可以(yǐ)提高流(liú)量計測(cè)量的精(jing)度。
　　爲了(le)定量表(biao)征儀表(biao)系數的(de)穩定性(xìng)，根據式(shì)(4)，文章計(ji)算得到(dao)了流量(liang)計的最(zuì)大示值(zhí)誤差。由(yóu)表1可知(zhī):優化後(hou)導流體(tǐ)後流量(liàng)計的最(zui)大示值(zhi)誤差降(jiàng)至0.242%，降低(dī)了約17.7%。優(yōu)化表芯(xin)支座不(bú)能明顯(xiǎn)降低流(liú)量計的(de)最大示(shì)值誤差(cha)，其線性(xing)度誤差(chà)約爲0.283%。在(zài)同時優(yōu)化表芯(xin)支座和(hé)後導流(liu)體的情(qing)況下，最(zui)大示值(zhí)誤差明(ming)顯減小(xiǎo)，降幅約(yue)爲22.45%。這表(biao)明本文(wen)所提出(chu)的優化(hua)方案可(ke)以明顯(xian)提升流(liú)量計儀(yí)表系數(shu)的穩定(ding)性。
 
結論(lun)
　　采用CFD數(shù)值模拟(nǐ)方法，氣(qi)體渦輪(lún)流量計(ji)内部的(de)流場特(tè)征，進而(er)提出了(le)關于流(liu)量計表(biǎo)芯支座(zuo)和後導(dao)流體的(de)結構優(you)化方案(an)。基于标(biao)準表法(fǎ)實驗測(cè)試技術(shu)，比較分(fèn)析了結(jie)構優化(hua)前後流(liú)量計的(de)壓力損(sun)失、儀表(biao)系數以(yi)及線性(xing)度誤差(cha)等性能(néng)指标。研(yan)究結果(guo)如下:
①數(shu)值結果(guǒ)表明:表(biao)芯支座(zuo)側面的(de)壓力梯(ti)度驟變(biàn)和後導(dǎo)流體尾(wei)部的回(huí)流和尾(wei)流特征(zheng)是影響(xiang)氣體渦(wo)輪流量(liang)計性能(neng)的主要(yao)因素。
②實(shí)驗結果(guǒ)表明:對(duì)表芯支(zhī)座和後(hou)導流體(tǐ)結構單(dān)獨優化(hua)後，氣體(ti)渦輪流(liú)量計的(de)壓力損(sǔn)失分别(bié)降低約(yue)24.2%和17.8%、最大(dà)示值誤(wù)差分别(bie)降低約(yue)17.7%和3.7%。
③對表(biao)芯支座(zuò)和後導(dao)流體整(zhěng)體優化(huà)後,氣體(ti)渦輪流(liu)量計的(de)性能得(de)到了進(jìn)一步提(tí)高，總的(de)壓力損(sun)失降低(di)約43.61%,總的(de)最大示(shì)值誤差(chà)減小約(yue)22.45%

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