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

文章來(lai)源于網(wang)絡,如有(you)侵權聯(lian)系即删(shan)除！