1 引 言
　　氣體渦(wō)輪流量(liàng)計 是一種速度(dù)式流量計(jì)，具有(yǒu)重複性好、量程(chéng)範圍(wéi)寬、适(shì)應性強、輸出脈沖信(xìn)号等(děng)特點，近(jìn)年(nián)來已在(zài)石油、化(huà)工和天(tiān)然(rán)氣等(děng)領域(yù)獲得了廣(guǎng)泛(fàn)應用。流(liú)量計(jì)的性能對工業(yè)發展有着(zhe)關鍵(jiàn)的作用，因此，通(tōng)過優化流(liú)量計(jì)結構來提高其(qí)計量性能(néng)，一直是流量測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題(tí)。
　　通過(guò)優化(huà)渦輪流(liú)量計的(de)表體結構，擴大(dà)了流量計的測(cè)量範(fàn)圍。svedin［3］研制了(le)靜态(tài)葉輪渦輪(lún)流量(liàng)計，降(jiàng)低了(le)流量(liàng)計的(de)壓損。葉輪(lún)的多參數(shù)定量優化方法(fǎ)，針對(duì) 15 mm口(kǒu)徑(jìng)的傳(chuán)感器确定了一(yī)組能夠實現黏(nián)度不敏感(gǎn)的幾(jǐ)何參數。郭素娜(nà)等［5］研究(jiū)了葉輪(lún)參數對渦輪傳(chuán)感器性能(néng)的影(yǐng)響，确定了葉片(piàn)切角(jiǎo)參數(shù)爲 0． 25 時傳感(gǎn)器性能佳(jiā)。
前(qián)人的工作主(zhǔ)要集中(zhōng)在對葉(yè)輪部分的(de)優化(huà)，對其它結構的(de)研究(jiū)相對較少(shǎo)。前導(dǎo)流器作爲(wèi)渦輪流量(liàng)計的主要組件(jiàn)之一(yī)，具有整形(xíng)流場、壓縮(suō)流(liú)體(tǐ)、導向流動、創造充分(fèn)發展(zhǎn)的速(sù)度分布的作用。整流(liú)效果(guǒ)直接影響流量(liàng)計的品質(zhì)優劣(liè)。因此(cǐ)，前導(dǎo)流器(qì)的結構優化對(duì)于提(tí)高渦(wō)輪流量計性能具有(yǒu)重(zhòng)要意義(yì)。
　　cfd 數值模拟已經(jīng)成爲(wèi)預測傳感(gǎn)器性能［6-7］、研(yán)究渦(wō)輪流(liú)量計内部流場信(xìn)息［8-9］的有效(xiào)方法(fǎ)。本研究(jiū)以氣體(tǐ)渦輪流量計前流(liú)器爲優化對(duì)象(xiàng)，通過fluent 軟件(jiàn)對不(bú)同前(qián)導流器結構的(de)渦輪(lún)流(liú)量計内(nèi)部流(liú)場進(jìn)行仿真分(fèn)析，引入了(le)流場均勻性指(zhǐ)數來(lái)評價(jià)前導(dǎo)流器的整(zhěng)流效(xiào)果，給出了針對(duì)前導流(liú)器部件(jiàn)的優化(huà)建議，并(bìng)且通過實驗驗(yàn)證了(le)優化(huà)方案(àn)。
2 渦輪流量計簡介及(jí)優化評價指标
2．1 結構及特(tè)征(zhēng)參數
　　氣體渦(wō)輪流量計(jì)的主要組件包括前(qián)導流器、葉輪、後(hòu)導流(liú)件等，其結(jié)構簡圖如圖 1 所(suǒ)示。

　　前導(dǎo)流器的主要特征(zhēng)參數(shù)有: 導(dǎo)流(liú)器直徑(jìng)、導流體長(zhǎng)度、導(dǎo)流器葉片數目(mù)、導流葉片(piàn)長度。
2.2 工作原(yuán)理
　　氣體(tǐ)渦(wō)輪流量計的工作原理: 氣體(tǐ)流過流量(liàng)計推(tuī)動渦(wō)輪(lún)葉片旋(xuán)轉，葉片轉速與流體(tǐ)流(liú)速成正(zhèng)比，通過測(cè)量轉速來得到流速(sù)，進而得到管道(dào)内的流量值。待(dài)測(cè)體積流量 qv與(yǔ)輸出(chū)脈沖頻(pín)率(lǜ) f 的關系式爲:

式(shì)中: k 指(zhǐ)流量計的(de)儀表系數(shù)。
根據(jù)運動(dòng)定律建立(lì)渦輪的(de)運動方(fāng)程爲

　　式中(zhōng): j 爲渦(wō)輪的轉動(dòng)慣量; ω 爲渦(wō)輪的旋轉(zhuǎn)角速度(dù)，t 爲(wèi)時間(jiān)，tr爲氣流對葉片的推動(dòng)力(lì)矩，trm爲機械摩(mó)擦(cā)力矩(jǔ)，trf爲流動(dòng)阻力矩(jǔ)，tre爲(wèi)電磁阻力矩(jǔ)。
2.3 優化評價(jià)指标(biāo)
　　本文(wén)選取數值模拟過程(chéng)中的(de)定性指标(biāo)和實(shí)驗測得的定量指标作爲優(yōu)化(huà)評價指标，從仿真與實驗兩方(fāng)面綜合評價優化結果(guǒ)。
2．3．1 流(liú)場均(jun1)勻性(xìng)指數(shù)
　　氣體(tǐ)渦輪流量(liàng)計作(zuò)爲速度式流量計，是(shì)在氣(qì)流入(rù)口(kǒu)處(chù)接近(jìn)平均速度輪廓的(de)條(tiáo)件下設計和标(biāo)定的［10］。要想達到正确計(jì)量的目的，應當使葉輪(lún)處氣流的速(sù)度場盡量均勻。當(dāng)氣體來流的速度場(chǎng)紊亂時，氣(qì)流(liú)對渦輪(lún)葉片(piàn)的推(tuī)動力矩 tr随之紊亂(luàn)，導緻葉(yè)片發生(shēng)震顫，計(jì)量性(xìng)能變差，嚴(yán)重時(shí)造成(chéng)葉片(piàn)與輪軸間磨損(sǔn)失效(xiào)。而前導流(liú)器的(de)作用(yòng)就是(shì)整形流(liú)場，使氣體流(liú)速均勻，故(gù)引入(rù)流場(chǎng)均勻(yún)性指數(shù)作(zuò)爲優(yōu)化評價指标。
　　均(jun1)勻性(xìng)指數 γ［11］描述(shù)了(le)指定表面上(shàng)指定物理(lǐ)量(liàng)的變化情況，γ 取［0，1］，γ 越大表示均勻性越好。均勻性指(zhǐ)數采用面(miàn)積進(jìn)行衡(héng)量: 面(miàn)積加(jiā)權均勻性(xìng)指數(shù) γα。
面積加(jiā)權均勻性指(zhǐ)數( γα) ，利用下(xià)式(shì)進行計算:

　　從(cóng)均勻性指(zhǐ)數的(de)定義(yì)可以(yǐ)看出(chū)，當指定物理量爲速度時，γα表示(shì)流場速度分布均勻(yún)性。面(miàn)積加權均(jun1)勻性(xìng)指數(shù)在數值模拟中(zhōng)均可(kě)由(yóu)程序自(zì)身(shēn)提供，這樣大(dà)大提(tí)高了計算的便(biàn)捷性。因此(cǐ)，在數值模拟中用 γα評價截面的流(liú)動均勻(yún)性具(jù)有明顯的優(yōu)勢。
2．3．2 計量性能指标
　　基于(yú)氣(qì)體渦輪(lún)流量(liàng)計的(de)工作(zuò)原理(lǐ)，依據渦輪(lún)流量(liàng)計的(de)檢定(dìng)規程(chéng)［12］，确(què)定(dìng)了渦(wō)輪流量計的計(jì)量性(xìng)能指(zhǐ)标: 儀表系(xì)數、線(xiàn)性度(dù)、重複(fú)性以(yǐ)及壓(yā)力損失。1) 儀(yí)表系(xì)數 k，依據(jù)規程按(àn)下式(shì)計(jì)算:

式中(zhōng): ( ki)max、( ki)min分(fèn)别指在整個(gè)流量範圍内，各(gè)流量點儀(yí)表系(xì)數的最大(dà)值和最小(xiǎo)值。
2) 重複性(xìng) er，依據規程按下(xià)式計(jì)算(suàn)：

　　式中: ( er)i爲(wèi)第 i 個流量(liàng)點的重複(fú)性(xìng)誤差; eij爲(wèi)第i 個流量(liàng)點第 j 次測量(liàng)的相對(duì)示值(zhí)誤差(chà)，% ; ei爲第i 個流(liú)量點(diǎn)的平(píng)均相(xiàng)對示(shì)值誤差，% 。
　　重(zhòng)複性是評(píng)價儀器(qì)穩定的(de)重要(yào)指标，重複(fú)性越(yuè)高說(shuō)明流(liú)量計(jì)穩定性越(yuè)好。
3) 線性度(dù) δ，依據(jù)規程按下式計(jì)算:

4) 壓力損失(shī) Δp，依據規程規(guī)定爲流量計入口上遊 1dn 和出口下遊(yóu) 1dn 的兩點間的壓(yā)力差值。較小的壓力損失(shī)可減(jiǎn)少輸運(yùn)氣體的(de)能量(liàng)消耗，降低(dī)運輸(shū)成(chéng)本。所以(yǐ)将壓損作爲優(yōu)化評價的一個重要指标。

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