摘要:運用數(shù)值模(mó)拟和實驗(yàn)測試(shì)相結合的方法(fǎ)，對(duì)氣體渦(wō)輪流量計 進行(háng)了結(jié)構改進和(hé)性能優化(huà)。基于(yú)内部(bù)流體的壓(yā)力場和(hé)速度場特征(zhēng)分析,得出(chū)了影(yǐng)響流量計性能的(de)主要(yào)結(jié)構爲表芯(xīn)支座和後(hòu)導流體,主(zhǔ)要因素爲表芯(xīn)支座側面的壓(yā)力梯度驟降和後導流體(tǐ)下遊(yóu)的尾流耗(hào)散。通過對表芯支座和後導流(liú)體進行結構優化,流(liú)量計的計(jì)量性能得到了提升(shēng)。表明:結構(gòu)優化(huà)後(hòu)流(liú)量計(jì)的壓(yā)力損失(shī)在(zài)最大(dà)流量下減小了(le)約42.61%,最大示值誤差降(jiàng)低了22.45%左右(yòu)，儀(yí)表系數(shù)也更(gèng)加趨于恒定。結論有助于(yú)爲今後開(kāi)發性能更好的氣(qì)體渦輪(lún)流量計(jì)提供理(lǐ)論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
　　氣體渦輪(lún)流量(liàng)計是(shì)一種速度(dù)式的流量(liàng)傳感器，具有測(cè)量精(jīng)度高、量(liàng)程範圍廣、可(kě)靠性好以及(jí)使用方便等(děng)優點(diǎn)。随着我國(guó)西(xī)氣東輸(shū)工程的全(quán)線貫(guàn)通，縱(zòng)橫交錯的(de)天然氣管(guǎn)網使(shǐ)我國(guó)形成(chéng)世界(jiè)上天然氣(qì)管網。氣體渦輪流量計被廣泛應用(yòng)于天(tiān)然(rán)氣(qì)管網(wǎng)中的(de)貿易(yì)計量，市場前(qián)景(jǐng)廣闊(kuò)。氣體(tǐ)渦輪(lún)流量(liàng)計的結構改進(jìn)及其性(xìng)能優化(huà)在流量計量領(lǐng)域具(jù)有(yǒu)十分重(zhòng)要的應(yīng)用價值(zhí)與現實意(yì)義。
　　将(jiāng)氣體(tǐ)渦(wō)輪流量(liàng)計前(qián)整流器的(de)葉(yè)片(piàn)截取合适(shì)切角，發(fā)現當葉片切(qiē)角參數爲(wèi)0.25時流量計(jì)的性(xìng)能最(zuì)好。對前整(zhěng)流器結(jié)構進行(háng)分析,得到了(le)流(liú)量計(jì)壓力(lì)損失和線性度誤差(chà)均爲最(zuì)小(xiǎo)時前整(zhěng)流器的(de)葉片(piàn)數與(yǔ)長度。在前(qián)導流體(tǐ)研究方(fāng)面.将前(qián)導(dǎo)流體直徑、前(qián)導流體(tǐ)與輪(lún)毂間距作(zuò)爲改(gǎi)進(jìn)參數(shù),比(bǐ)較了不同(tóng)結構參數(shù)下氣體渦(wō)輪流量計的性(xìng)能指(zhǐ)标(biāo)。用流線(xiàn)型前導流體結構代(dài)替(tì)傳統半球形(xíng)前(qián)導流體(tǐ)，使得流量計的(de)壓力(lì)損失降低(dī)了近33%。一種三葉(yè)片長螺旋(xuán)葉輪(lún)結構，流(liú)量計測(cè)量的(de)重複性明顯(xiǎn)提(tí)高,測量的(de)相對示值誤差明顯降低。基于(yú)響應面(miàn)法(fǎ)和正(zhèng)交試驗法(fǎ)，得出了(le)影響流量計(jì)性能的葉(yè)輪結(jié)構參數順(shùn)序爲(wèi):葉輪頂端半徑(jìng)>葉輪葉片(piàn)數>葉(yè)輪輪(lún)毂長度>葉(yè)輪輪毂半(bàn)徑。在(zài)後導流(liú)體方面(miàn)，優化(huà)了後導流體的(de)葉片倒角(jiǎo)。發現流(liú)量計的(de)壓力(lì)損(sǔn)失随着(zhe)葉片倒角(jiǎo)的增(zēng)大而(ér)增(zēng)加。通過(guò)數值模拟(nǐ)對流(liú)量計内部的流(liú)場特征(zhēng)進行分析,發現後導流(liú)體産生的壓力(lì)損失(shī)達到(dào)了總(zǒng)壓力損(sǔn)失的55%。
　　綜(zōng)上所(suǒ)述(shù),前人對(duì)氣體渦(wō)輪(lún)流量(liàng)計的研(yán)究(jiū)主要集中在葉輪、前(qián)整流器與前導(dǎo)流體部分(fèn)，而對後導流體(tǐ)與表(biǎo)芯支(zhī)座(zuò)的結構改進及其性能(néng)優化目前還較(jiào)爲少見(jiàn)。實(shí)際上,後導流體(tǐ)在流量計中(zhōng)對(duì)流體(tǐ)起到穩流(liú)和導(dǎo)流(liú)的作用,表芯(xīn)支座是固(gù)定葉輪的主要(yào)結構(gòu),它們均會(huì)對流量計(jì)的性能産(chǎn)生影響。因此,以(yǐ)tm80氣體渦輪(lún)流(liú)量(liàng)計爲對象(xiàng),采用數值(zhí)模(mó)拟(nǐ)與實(shí)驗測(cè)試相結合的(de)方式,研究流(liú)量計内(nèi)部的流(liú)場特(tè).征，提(tí)出針對表芯(xīn)支座和(hé)後導流體的結(jié)構優化方案，進(jìn)而評(píng)估優化前後流量(liàng)計的性(xìng)能指(zhǐ)标,探索出(chū)提高流量計計(jì)量性能的方法(fǎ)。
1流量(liàng)計(jì)的物理模型與性能指(zhǐ)标
1.1流量計的物理模(mó)型
　　以氣體(tǐ)渦輪(lún)流(liú)量(liàng)計爲研究對象(xiàng),流量(liàng)計的(de)結構主要由前整流器、前(qián)導流體、葉輪、表(biǎo)芯(xīn)支座(zuò)、後導流(liú)體以(yǐ)及殼(ké)體等組成(chéng),其物理模型如圖(tú)1所(suǒ)示。流(liú)量計(jì)的前(qián)整流(liú)器采用葉栅結(jié)構，葉(yè)栅(shān)數爲16;前(qián)導流體由第二級16片葉栅(shān)(與前(qián)整流(liú)器葉栅呈(chéng)11.5°夾角)和80mm長(zhǎng)的圓(yuán)柱結構組成(chéng);表(biǎo)芯支座(zuò)用于固(gù)定葉輪，葉(yè)輪的(de)葉片(piàn)數爲(wèi)12,螺旋角爲45°;後導(dǎo)流體(tǐ)置于葉(yè)輪之後(hòu),用于(yú)穩定(dìng)出口(kǒu)處的氣(qì)流。
 
 
　　氣體(tǐ)渦輪(lún)流量(liàng)計的工作(zuò)原理爲:被(bèi)測氣體從管道(dào)流入(rù)流量計，首(shǒu)先經過前整流(liú)器和(hé)前導(dǎo)流體進(jìn)行整流(liú),之後(hòu)氣流(liú)推動葉輪使之産生周期(qī)性旋轉,葉輪轉(zhuǎn)速與(yǔ)被測(cè)流體的(de)平均流速成(chéng)正比。葉輪旋轉後帶動磁(cí)電轉換器，使其(qí)磁阻(zǔ)值發(fā)生變化,在感應線圈(quān)中産(chǎn)生周期性變化的感應電(diàn)勢,該信号經放大器(qì)放大後送至儀(yí)表盤(pán)顯(xiǎn)示。
1.2流量(liàng)計的性能(néng)指标
　　根據(jù)氣體(tǐ)渦輪(lún)流量計檢定規(guī)章《jjg1037-2008》壓(yā)力損失、儀(yí)表系數、線性度(dù)誤差等(děng)是衡量(liàng)氣體渦輪(lún)流量計計(jì)量性能的重要指(zhǐ)标(biāo)。
①壓力損(sǔn)失(shī)
　　壓力損失(shī)△p表征流體通過流量(liàng)計(jì)的(de)能量(liàng)損失,降低壓力(lì)損失(shī)能夠減少(shǎo)流量計在使用(yòng)過程的能耗氣(qì)體通過流(liú)量計的壓(yā)力損(sǔn)失計算公(gōng)式爲(wèi):
 
式中(zhōng):α爲壓力損失系(xì)數;ρ爲氣流(liú)密(mì)度(dù)，單位(wèi)爲kg/m3u爲氣流(liú)流速,單(dān)位(wèi)爲m/s。
②儀(yí)表系(xì)數
　　儀表系(xì)數k是表征(zhēng)流量(liàng)計測(cè)量準确度(dù)和量程(chéng)比的關(guān)鍵性(xìng)能(néng)指标。各流量(liàng)點的(de)儀表系數(shù)ki與待測氣(qì)流體積流量(liàng)qi及(jí)流量計輸出脈(mò)沖頻率ƒ的關系式爲:
 
按計量檢(jiǎn)定規章(zhāng)，儀(yí)表系(xì)數k可以由式(3)進(jìn)行計(jì)算(suàn):
 
　　式中:(k)max和(hé)(ki)min分别(bié)表示(shì)流量(liàng)計在分界流量(liàng)maxmin點q,到(dào)最大流量(liàng)點qmax範圍(wéi)内各個流量檢定點得(dé)到ki的最大值和最小值，單位爲(wèi)(m3)-1。k越接近(jìn)恒定,表示流(liú)量(liàng)計的測量穩定(dìng)性(xìng)越高(gāo),進行流量轉換時的精度也越高。
③最(zuì)大示(shì)值誤(wù)差e
　　爲了定量表(biǎo)征儀表系數的(de)穩定性，引入最大示(shì)值(zhí)誤(wù)差。根據(jù)計量檢(jiǎn)定規(guī)章,最(zuì)大示值誤(wù)差e可以(yǐ)由(yóu)式(4)進(jìn)行計(jì)算:
 
　　在(zài)量程(chéng)範圍内最大示(shì)值誤(wù)差越小，表(biǎo)明流量計的儀表系數(shù)越穩定(dìng),線性度也就越好。
2數(shù)值模拟與(yǔ)實驗測試方法
2.1數值模(mó)拟方(fāng)法
　　氣流在氣(qì)體渦(wō)輪流量計内部(bù)的流(liú)動遵(zūn)循流(liú)體力(lì)學的基本(běn)方程，即滿足流體運動的質量(liàng)守恒方程(chéng)和動(dòng)量守(shǒu)恒方程。質(zhì)量守恒(héng)方(fāng)程和(hé)動量守恒方法(fǎ)表示爲(wèi)：
 
　　式(shì)中:xi，xi爲空間坐标分量(liàng)，ui，uj爲流(liú)體(tǐ)流(liú)動速(sù)度分量:p爲靜壓(yā)，pij爲應力張(zhāng)量ƒi爲(wèi)體積力(lì)分量。
　　由(yóu)于流量(liàng)計(jì)結構(gòu)十分複雜,氣流(liú)在(zài)流量計内部(bù)的運動往往呈(chéng)現湍流狀态。爲(wèi)了實現(xiàn)對湍流(liú)的模拟(nǐ)，需要額(é)外引入湍流模(mó)型。本文選(xuǎn)取rngk-ε模(mó)型作爲(wèi)湍流模(mó)型，其湍(tuān)流動能(néng)h和耗散率ε的輸運(yùn)方程表(biǎo)示爲(wèi):
 
　　式中(zhōng):gk表(biǎo)示(shì)平均(jun1)速度梯度所産生的湍流(liú)動能(néng).αε，αk分别(bié)表(biǎo)示ε和h的擴散率,c1ε、c2ε爲(wèi)系數(shù)。
　　由于氣流(liú)運(yùn)動(dòng)與葉輪旋轉存(cún)在相(xiàng)互作(zuò)用，需要引(yǐn)入扭矩模(mó)型根據力矩平(píng)衡原理,葉輪旋(xuán)轉的(de)運動方程可以(yǐ)表(biǎo)示爲:
 
　　式(shì)中:j爲葉(yè)輪(lún)慣性力矩，單位爲kg·m2;dɷ/dt爲(wèi)葉輪角加速度(dù)，單位爲rad/s2;m1爲(wèi)流體(tǐ)對葉輪(lún)驅動力(lì)矩;m2爲(wèi)軸承摩擦(cā)阻力矩(jǔ)，單位爲n·m;m3爲黏(nián)性(xìng)阻(zǔ)力矩(jǔ)，單位爲n·m;m4爲磁阻(zǔ)力矩，單(dān)位(wèi)爲n·m;t爲(wèi)時間(jiān)，單位(wèi)爲s。
　　采用fluent軟(ruǎn)件求(qiú)解流(liú)量計(jì)内部氣流(liú)的運動方程。爲了消除管道進(jìn)口段(duàn)效應對模(mó)拟結果的影響(xiǎng)，在流量計(jì)的(de)進(jìn)出口均增加了10d的直(zhí)管段(d爲機(jī)芯直徑)。由于給(gěi)定了流(liú)體的體(tǐ)積流(liú)量,進(jìn)口采(cǎi)用速度進(jìn)口邊(biān)界條件(jiàn),進口平(píng)均速(sù)度通過u=qv/a确(què)定,方向與進口(kǒu)直管(guǎn)段(duàn)截面垂(chuí)直;出(chū)口爲(wèi)大氣(qì)壓，壁面(miàn)采(cǎi)用無(wú)滑移邊界。爲了求解葉輪旋轉(zhuǎn)運動(dòng)方程，把整(zhěng)個計(jì)算區域分(fèn)解爲靜(jìng)區(qū)域和葉輪(lún)旋(xuán)轉的動區域(yù)，動區域和(hé)靜區(qū)域之間采(cǎi)用多(duō)重參(cān)考模(mó)型(mrf)耦合(hé)葉輪采(cǎi)用滑移邊(biān)界條(tiáo)件，與旋轉區域(yù)具有相同的轉(zhuǎn)速。葉輪(lún)旋轉區(qū)域與前後靜區(qū)域之(zhī)間的表面定義(yì)爲interface邊界,便(biàn)于與其他流域(yù)進行信息交換(huàn)。
2.2測試方法
　　測試(shì)采用标(biāo)準表法氣體流量标準(zhǔn)裝置。實驗裝置主要由羅茨流(liú)量計(jì)、氣(qì)體(tǐ)渦輪(lún)流量計、穩壓氣(qì)罐、氣(qì)動閥門、氣(qì)泵和控制系統(tǒng)等組成，如(rú)圖2所示。實驗(yàn)通(tōng)過遠(yuǎn)程操作plc設(shè)備，調(diào)節氣動閥(fá)門的(de)開度,實(shí)現對氣體體積流(liú)量的(de)控制。羅(luó)茨(cí)流量(liàng)計作(zuò)爲标準表(biǎo),其(qí)工作量(liàng)程爲(wèi)0~250m3/h,流量(liàng)控制精度(dù)爲0.5級。氣體(tǐ)渦輪(lún)流量計作爲待(dài)測流量計(jì)，其測(cè)量精(jīng)度等級爲(wèi)1級，工作量程爲(wèi)13m3/h~250m3/h,量程比爲20:1。差壓(yā)計的(de)兩(liǎng)個.測壓口分别安裝在(zài)待測流量計的(de)前後(hòu)直管段3d處(chù)，其量程範(fàn)圍爲(wèi)土3000pa.測(cè)量精度等(děng)級爲(wèi)1級。氣泵與(yǔ)氣動閥門相連(lián)，能夠産(chǎn)生(shēng)相對(duì)穩定(dìng)的負壓。根(gēn)據國家(jiā)計量檢定标(biāo)準(zhǔn)，氣體渦輪流量計需檢(jiǎn)定13m3/h、50m3/h、100m3/h和(hé)250m3/h等特征流(liú)量點。每個(gè)流量點進(jìn)行多次測(cè)量,實(shí)驗結果得(dé)到标準表和被(bèi)測流量計(jì)的(de)壓力損失、脈沖數(shù)、體積流(liú)量以及單流(liú)量點(diǎn)的測(cè)量時間，數據處(chù)理後得(dé)到儀表(biǎo)系數和最(zuì)大示值誤差等指标(biāo)，進而評估(gū)氣體(tǐ)渦輪流量計的(de)計量性能。
 
3結果(guǒ)分析與讨論
3.1方(fāng)法驗證
　　根(gēn)據氣體渦(wō)輪流(liú)量計的結(jié)構設(shè)計圖紙，運用(yòng)solidworks軟件(jiàn)對(duì)各部分(fèn)零(líng)件進(jìn)行組裝建(jiàn)模，将建好(hǎo)的(de)模(mó)型導(dǎo)入(rù)ansysworkbench進(jìn)行(háng)網格劃(huà)分。采用分(fèn)塊化方法劃分(fèn)網格(gé)，直管段(duàn)采用結(jié)構化網(wǎng)格(gé);由于(yú)葉輪(lún)和後(hòu)導流體的結構(gòu)更爲(wèi)複雜(zá),采用(yòng)非結構混合網格，并(bìng)對其進行細化(huà)處理(lǐ)，最(zuì)後進行(háng)網格無關(guān)性驗(yàn)證，如圖3所(suǒ)示。當網格數量爲580萬(wàn)與670萬時,兩者的(de)壓力(lì)損失相差(chà)僅爲21pa，故本(běn)文選(xuǎn)取580萬(wàn)網格數量(liàng)進行(háng)後面(miàn)的數(shù)值模(mó)拟研究。
 
　　爲了驗證模拟方(fāng)法的可靠性,本文比較了(le)氣體(tǐ)渦輪流量計在(zài)13m3/h~250m3/h範圍(wéi)内11個流量點的壓(yā)力(lì)損失(shī),這些流量點(diǎn)包(bāo)含了國家計量檢定标準的4個(gè)特征流量點,符(fú)合實(shí)際(jì)的流量(liàng)檢測要求。由(yóu)圖4可知(zhī):在全量程(chéng)範圍内(nèi)，流量計壓力損失的模(mó)拟結果與實驗(yàn)結果十分吻合(hé),誤差(chà)僅(jǐn)在(zài)0~6%範圍(wéi)内波動(dòng),證實了所采用的數值模拟方法和實(shí)驗測(cè)試方(fāng)法的可靠性和準确(què)性,爲後面流量計的(de)結(jié)構改進(jìn)和性能(néng)優化奠定了(le)基礎。
 
3.2流量(liàng)計内部特征分(fèn)析
　　爲(wèi)了(le)獲得氣(qì)體渦輪流量計結構改(gǎi)進思路(lù)，首先對優化前流量計内部流(liú)場進行數值模拟。通過在葉輪(lún)旋轉中心截取(qǔ)水平剖面(miàn)，得(dé)到(dào)流場(chǎng)的(de)壓(yā)力場和速度(dù)場雲圖(tú)。本文選(xuǎn)取流量點50m3/h、250m3/h作爲分析對(duì)象,對流量計内(nèi)部的流(liú)場(chǎng)特征進行(háng)定(dìng)量研究。
　　由圖5(a)可知:當流(liú)量(liàng)爲50m3/h時，流量計(jì)進出(chū)口的總壓(yā)力損失約爲71.4pa。由于受到(dào)前整流(liú)器和(hé)前(qián)導流體(tǐ)的阻(zǔ)擋作用，前(qián)導流體迎風面(miàn)壓力(lì)梯(tī)度(dù)與流動方向相反,邊(biān)界層發生分離(lí)現(xiàn)象,造成能量損失。在表芯支(zhī)座側面,壓(yā)力從35.7pa急劇減至13.2pa;在近(jìn)壁面(miàn)處出現了(le)負壓區，導緻氣(qì)流運動紊(wěn)亂。流(liú)量計的出口處(chù)出現(xiàn)了(le)明顯的負壓區(qū)，最(zuì)大負(fù)壓值(zhí)約爲-14.5pa,此處(chù)壓力(lì)梯度與流(liú)體流動方向相反，且(qiě)等(děng)壓線分(fèn)布混亂，流場壓力分(fèn)布非常不(bú)均勻,大大(dà)增加(jiā)了流(liú)動的(de)能量(liàng)損失。
 
　　由圖(tú)5(b)可知(zhī):流體經過(guò)表芯(xīn)支(zhī)座(zuò)時(shí)，流(liú)道截(jié)面突(tū)縮，流體速(sù)度從2.95m/s迅速增至(zhì)7.9m/s。由于(yú)表(biǎo)芯(xīn)支座(zuò)結構的(de)特(tè)殊性,經過的流體無(wú)法以垂直(zhí)角度(dù)沖擊葉輪(lún),使得用葉輪轉速計算得到的流量(liàng)與實際流(liú)量存(cún)在較(jiào)大偏(piān)差，降(jiàng)低了流量計的(de)精度。流體流出(chū)葉輪(lún)後,由于後導流(liú)體直徑大(dà)于葉輪輪毂(gū)直徑，流(liú)道(dào)截(jié)面繼(jì)續縮小(xiǎo),氣流速度繼(jì)續增加。後導流體(tǐ)出口處(chù)速度(dù)梯度大，當(dāng)流體有旋(xuán)運動(dòng)與壁面分離時(shí)，出現(xiàn)了(le)明(míng)顯的(de)回流(liú)現象(xiàng)和尾(wěi)迹區域(yù)。受流(liú)體(tǐ)粘性的影響，尾(wěi)迹中旋渦的動能逐漸轉(zhuǎn)換成(chéng)熱能進一(yī)步耗(hào)散,增加了(le)能量(liàng)損失。
　　圖5(c,d)表示流量爲250m3/h時流量計(jì)内部(bù)流體的壓(yā)力(lì)雲圖和速度(dù)雲圖。随着流量(liàng)的增(zēng)加,流(liú)量計内部流體(tǐ)的湍(tuān)流性(xìng)質更加明(míng)顯(xiǎn)。流(liú)量計的壓(yā)力損失明顯增加,壓力損失約(yuē)爲1390.5pa。此時,表(biǎo)芯支(zhī)座處(chù)的壓力梯(tī)度(dù)變(biàn)化(huà)更加明(míng)顯;後導流體下(xià)遊區域的(de)流場(chǎng)更加紊(wěn)亂(luàn)，回流現象(xiàng)加劇，尾迹(jì)範(fàn)圍明顯(xiǎn)擴大(dà)。
　　上述(shù)模拟結果(guǒ)給予(yǔ)我(wǒ)們重要提示:表芯支座(zuò)和後導(dǎo)流(liú)體的結構(gòu)對流量計(jì)性能的影響非(fēi)常明(míng)顯，可(kě)以通(tōng)過改(gǎi)進(jìn)表芯支(zhī)座和(hé)後(hòu)導流體(tǐ)的結構達(dá)到提(tí)高流(liú).量(liàng)計性能(néng)的目的。在表芯(xīn)支座(zuò)的(de)優化中(zhōng)，可以從減少側面區域(yù)壓力梯(tī)度驟變的(de)角度(dù)考慮(lǜ)。在後(hòu)導流(liú)體的(de)優化中,可以從(cóng)穩定流場(chǎng)、減弱回流，縮小(xiǎo)負壓區(qū)和(hé)尾迹(jì)範圍的方(fāng)向思(sī)考。
3.3流(liú)量計結構改進方案
　　基于(yú)流量計(jì)流(liú)場特(tè)征的分析,将原來的(de)表(biǎo)芯支座和後導(dǎo)流體結(jié)構進(jìn)行改進設(shè)計。首先，表芯支(zhī)座迎風面一側(cè)的直徑(jìng)從(cóng)64mm縮減(jiǎn)至50mm,如圖6(a-b)所示,運(yùn)用所(suǒ)形(xíng)成的18.5°坡度來(lái)減緩流體(tǐ)的壓力梯(tī)度變化，從(cóng)而減(jiǎn)少流(liú)量計的壓力損失。其(qí)次(cì).對後導(dǎo)流體(tǐ)的直徑進(jìn)行縮減(jiǎn)，如圖6(d)~圖(tú)6(e)所示(shì)，直徑(jìng)從原(yuán)來的(de)66mm減至62mm,以減(jiǎn)小對(duì)流出葉輪(lún)流體的阻礙。最(zuì)後,運用3d打印(yìn)技(jì)術，制作(zuò)優(yōu)化後(hòu)的表芯支座和(hé)後導(dǎo)流體模型(xíng)成品，如圖6(c)、圖6(f)所(suǒ)示。
 
3.4流(liú)量計性能(néng)指标(biāo)評價
　　爲驗證改進方案的(de)可行性，對(duì)改進(jìn)模(mó)型(xíng)進(jìn)行仿真(zhēn)，從流場(chǎng)的(de)角度分析其優化效(xiào)果。流量(liàng)點同樣(yàng)選取(qǔ)50m3/h、250m3/h作(zuò)爲分析(xī)對象，流量計内部流場特征如(rú)圖7所(suǒ)示。從結構(gòu)整體優化的模(mó)拟結果可以看(kàn)出:由(yóu)于改變了(le)表芯支座的坡度使(shǐ)得氣流更(gèng)加平緩(huǎn)，其(qí)迎風(fēng)面高壓(yā)區減小(xiǎo)，側面的負壓區(qū)消失,壓力(lì)梯度(dù)驟變的情(qíng)況得(dé)到緩解;後導流(liú)體下(xià)遊(yóu)區域流(liú)場紊亂的現象(xiàng)也得到(dào)明顯改(gǎi)善，壓力分(fèn)布變(biàn)得更均勻;尾迹(jì)區域的(de)面積減小(xiǎo),尾(wěi)迹耗散引(yǐn)起的能量降(jiàng)低(dī);流量計出口處(chù)的壓力梯度變(biàn)化更均勻(yún),後導(dǎo)流體的導流效(xiào)果明顯提(tí)升;總(zǒng)壓，力(lì)損失明顯(xiǎn)降低(dī),在50m3/h流量點降低(dī)了約46.2%,在250m3/h流(liú)量點降低了約45.8%。
 
　　爲進(jìn)一步驗證(zhèng)結構改進(jìn)效果(guǒ)，用優化(huà)後的表(biǎo)芯支座和後導(dǎo)流體(tǐ)成品模型(xíng)代替原模型中的表(biǎo)芯支(zhī)座和(hé)後導流體(tǐ)結構，安裝(zhuāng)進氣(qì)體渦輪流量計進行(háng)實驗測試。根據(jù)《渦輪(lún)流量(liàng)計檢定規(guī)章》,通過重複實驗獲得多(duō)組實(shí)驗數(shù)據,數(shù)據處理(lǐ)後得到流量(liàng)計的(de)壓，力(lì)損失、儀表系數、最大(dà)示值誤差(chà)等性(xìng)能指标，進(jìn)而評(píng)價(jià)流量(liàng)計(jì)的結構(gòu)優(yōu)化效(xiào)果及其(qí)計量性(xìng)能。表1所(suǒ)示(shì)爲實(shí)驗測試(shì)的(de)數據(jù)處理結果。
 
　　首(shǒu)先,對結(jié)構(gòu)優(yōu)化前(qián)後流量計壓力(lì)損失的實驗結(jié)果進行分析。圖(tú)8表示原模型、優(yōu)化表芯支座模(mó)型、優化(huà)後導流體模型，以(yǐ)及整體優化模型的(de)壓力損失随着流量(liàng)變化的規(guī)律。随(suí)着流(liú)量的增大，所有流量(liàng)計模型的(de)壓力(lì)損失均呈明顯增大(dà)趨勢(shì)。兩個(gè)結構優(yōu)化方案(àn)均對(duì)壓力(lì)損失的降(jiàng)低起(qǐ)到了(le)作用(yòng)，當流量爲(wèi)250m3/h時，整(zhěng)體(tǐ)優化模(mó)型将壓力損失(shī)降低至.749.8pa,降低幅(fú)度約42.6%,有效地減(jiǎn)少流量計在(zài)使用過程的能耗(hào)，提高了流量計(jì)的性能。
　　根據實驗測試數(shù)據,運(yùn)用式(2)、式(shì)(3)，計算得(dé)到了(le)流量(liàng)計的(de)儀表系數(shù)k。圖9所示爲(wèi)結構優化(huà)前(qián)後流量計儀(yí)表系數随着流量的(de)變(biàn)化規律(lǜ)。在小流量情況(kuàng)下(0~50m3/h),儀(yí)表系(xì)數起伏很明(míng)顯,這主(zhǔ)要由于流(liú)量計(jì)受葉輪慣(guàn)性力(lì)、流體阻力以及(jí)機械阻力(lì)等因素(sù)的影響而造(zào)成;相對(duì)而(ér)言整(zhěng)體優(yōu)化模型的儀表(biǎo)系數較好(hǎo)。在大流量情況(kuàng)下(50m3/h~250m3/h)，四(sì)個(gè)模型的(de)儀表(biǎo)系數都較(jiào)爲平(píng)整(zhěng);相(xiàng)對于(yú)原模(mó)型,三種優(yōu)化模(mó)型(xíng)的儀表(biǎo)系數都更趨于(yú)恒定(dìng),這表明優(yōu)化表(biǎo)芯支(zhī)座和(hé)後導(dǎo)流(liú)體(tǐ)結構(gòu)可以提高流量(liàng)計測量的(de)精度(dù)。
　　爲了定量(liàng)表征儀表系數的穩(wěn)定性，根據式(4)，文(wén)章計算得(dé)到了(le)流量計(jì)的(de)最大示值誤(wù)差(chà)。由表1可知:優化後導流體(tǐ)後流量計(jì)的最(zuì)大示值誤(wù)差降至(zhì)0.242%，降低了(le)約17.7%。優化表(biǎo)芯(xīn)支(zhī)座不能明(míng)顯降(jiàng)低流量(liàng)計(jì)的最(zuì)大示值(zhí)誤差，其(qí)線(xiàn)性(xìng)度誤(wù)差約(yuē)爲0.283%。在同時(shí)優化(huà)表芯支座(zuò)和後導流體的情況下，最大示(shì)值誤(wù)差明(míng)顯減(jiǎn)小，降(jiàng)幅約爲(wèi)22.45%。這表明本文所提出的(de)優化方(fāng)案(àn)可以(yǐ)明顯(xiǎn)提升(shēng)流量計儀表系數的(de)穩定性。
 
結論
　　采用cfd數值模(mó)拟方法，氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計内部的流場特征，進(jìn)而提(tí)出了關于流(liú)量計表芯支座和後導流體的結(jié)構優化方案。基于标準表法實(shí)驗測試(shì)技術，比(bǐ)較分析了(le)結構(gòu)優化前(qián)後流量(liàng)計的壓(yā)力損失(shī)、儀(yí)表系數以及(jí)線性度誤(wù)差等性能指标(biāo)。研究(jiū)結果如下(xià):
①數值(zhí)結果表明:表芯(xīn)支座側面(miàn)的壓(yā)力梯(tī)度驟變和(hé)後導(dǎo)流體(tǐ)尾部的回流和尾流(liú)特征(zhēng)是影(yǐng)響氣體渦(wō)輪流量計(jì)性能的主要因(yīn)素。
②實驗結(jié)果表(biǎo)明:對表芯支座(zuò)和後(hòu)導(dǎo)流體結(jié)構單(dān)獨優(yōu)化後(hòu)，氣體渦輪流量(liàng)計的壓力損失(shī)分别(bié)降(jiàng)低約24.2%和17.8%、最大示值(zhí)誤差分别降低約17.7%和(hé)3.7%。
③對表芯支(zhī)座和後導(dǎo)流體(tǐ)整體(tǐ)優化後,氣體渦(wō)輪流(liú)量計的性(xìng)能得到了進一(yī)步提高，總(zǒng)的壓(yā)力損失降低約43.61%,總的最(zuì)大示值(zhí)誤差減小(xiǎo)約22.45%

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