1 引 言
　　氣體渦輪流量計是一種速度式流量計，具有重複性好、量程範圍寬、適應性強、輸出脈衝信號等特點，近年來已在石油
、化hua工gong和he天tian然ran氣qi等deng領ling域yu獲huo得de了le廣guang泛fan應ying用yong。流liu量liang計ji的de性xing能neng對dui工gong業ye發fa展zhan有you著zhe關guan鍵jian的de作zuo用yong
，因yin此ci，通tong過guo優you化hua流liu量liang計ji結jie構gou來lai提ti高gao其qi計ji量liang性xing能neng
，一yi直zhi是shi流liu量liang測ce量liang領ling域yu的de研yan究jiu熱re點dian問wen題ti。
　　通過優化渦輪流量計的表體結構，擴大了流量計的測量範圍。Svedin［3］研製了靜態葉輪渦輪流量計
，降低了流量計的壓損。葉輪的多參數定量優化方法，針對 15 mm口徑的傳感器確定了一組能夠實現黏度不敏感的幾何參數。郭素娜等［5］研究了葉輪參數對渦輪傳感器性能的影響，確定了葉片切角參數為 0． 25 時傳感器性能佳。
前人的工作主要集中在對葉輪部分的優化，對其它結構的研究相對較少。前導流器作為渦輪流量計的主要組件之一
，具有整形流場、壓縮流體、導向流動、創(chuang)造(zao)充(chong)分(fen)發(fa)展(zhan)的(de)速(su)度(du)分(fen)布(bu)的(de)作(zuo)用(yong)。整(zheng)流(liu)效(xiao)果(guo)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)流(liu)量(liang)計(ji)的(de)品(pin)質(zhi)優(you)劣(lie)。因(yin)此(ci)，前(qian)導(dao)流(liu)器(qi)的(de)結(jie)構(gou)優(you)化(hua)對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)計(ji)性(xing)能(neng)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)。
　　CFD 數值模擬已經成為預測傳感器性能［6-7］
、研究渦輪流量計內部流場信息［8-9］的有效方法。本研究以氣體渦輪流量計前流器為優化對象，通過Fluent 軟(ruan)件(jian)對(dui)不(bu)同(tong)前(qian)導(dao)流(liu)器(qi)結(jie)構(gou)的(de)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)計(ji)內(nei)部(bu)流(liu)場(chang)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)
，引(yin)入(ru)了(le)流(liu)場(chang)均(jun)勻(yun)性(xing)指(zhi)數(shu)來(lai)評(ping)價(jia)前(qian)導(dao)流(liu)器(qi)的(de)整(zheng)流(liu)效(xiao)果(guo)，給(gei)出(chu)了(le)針(zhen)對(dui)前(qian)導(dao)流(liu)器(qi)部(bu)件(jian)的(de)優(you)化(hua)建(jian)議(yi)


，並(bing)且(qie)通(tong)過(guo)實(shi)驗(yan)驗(yan)證(zheng)了(le)優(you)化(hua)方(fang)案(an)。
2 渦輪流量計簡介及優化評價指標
2．1 結構及特征參數
　　氣體渦輪流量計的主要組件包括前導流器
、葉輪
、後導流件等，其結構簡圖如圖 1 所示。

　　前導流器的主要特征參數有: 導流器直徑

、導流體長度、導流器葉片數目、導流葉片長度。
2.2 工作原理
　　氣體渦輪流量計的工作原理: 氣體流過流量計推動渦輪葉片旋轉，葉片轉速與流體流速成正比，通過測量轉速來得到流速



，進而得到管道內的流量值。待測體積流量 qv與輸出脈衝頻率 f 的關係式為:

式中: K 指流量計的儀表係數。
根據運動定律建立渦輪的運動方程為

　　式中: J 為渦輪的轉動慣量; ω 為渦輪的旋轉角速度
，t 為時間，Tr為氣流對葉片的推動力矩，Trm為機械摩擦力矩，Trf為流動阻力矩，Tre為電磁阻力矩。
2.3 優化評價指標
　　本文選取數值模擬過程中的定性指標和實驗測得的定量指標作為優化評價指標，從仿真與實驗兩方麵綜合評價優化結果。
2．3．1 流場均勻性指數
　　氣體渦輪流量計作為速度式流量計
，是在氣流入口處接近平均速度輪廓的條件下設計和標定的［10］。要想達到正確計量的目的，應當使葉輪處氣流的速度場盡量均勻。當氣體來流的速度場紊亂時，氣流對渦輪葉片的推動力矩 Trsuizhiwenluan，daozhiyepianfashengzhenchan
，jiliangxingnengbiancha

，yanzhongshizaochengyepianyulunzhoujianmosunshixiao。erqiandaoliuqidezuoyongjiushizhengxingliuchang，shiqitiliusujunyun，guyinruliuchangjunyunxingzhishuzuoweiyouhuapingjiazhibiao。
　　均勻性指數 γ［11］描述了指定表麵上指定物理量的變化情況，γ 取［0

，1］，γ 越大表示均勻性越好。均勻性指數采用麵積進行衡量: 麵積加權均勻性指數 γα。
麵積加權均勻性指數( γα) ，利用下式進行計算:

　　從均勻性指數的定義可以看出
，當指定物理量為速度時
，γα表biao示shi流liu場chang速su度du分fen布bu均jun勻yun性xing。麵mian積ji加jia權quan均jun勻yun性xing指zhi數shu在zai數shu值zhi模mo擬ni中zhong均jun可ke由you程cheng序xu自zi身shen提ti供gong，這zhe樣yang大da大da提ti高gao了le計ji算suan的de便bian捷jie性xing。因yin此ci，在zai數shu值zhi模mo擬ni中zhong用yong γα評價截麵的流動均勻性具有明顯的優勢。
2．3．2 計量性能指標
　　基於氣體渦輪流量計的工作原理，依據渦輪流量計的檢定規程［12］，確定了渦輪流量計的計量性能指標: 儀表係數、線性度、重複性以及壓力損失。1) 儀表係數 K，依據規程按下式計算:

式中: ( Ki)max

、( Ki)min分別指在整個流量範圍內

，各流量點儀表係數的最大值和最小值。
2) 重複性 Er，依據規程按下式計算：

　　式中: ( Er)i為第 i 個流量點的重複性誤差; Eij為第i 個流量點第 j 次測量的相對示值誤差
，% ; Ei為第i 個流量點的平均相對示值誤差，% 。
　　重複性是評價儀器穩定的重要指標，重複性越高說明流量計穩定性越好。
3) 線性度 δ

，依據規程按下式計算:

4) 壓力損失 Δp

，依據規程規定為流量計入口上遊 1DN 和出口下遊 1DN 的兩點間的壓力差值。較小的壓力損失可減少輸運氣體的能量消耗，降低運輸成本。所以將壓損作為優化評價的一個重要指標。

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