1 引 言(yan)
　　氣體渦輪流量(liàng)計 是一種速度(dù)式流量計，具有(you)重複性好、量程(cheng)範圍寬📞、适⛷️應⭕性(xing)強🔅、輸出脈沖信(xìn)号等特點，近年(nian)來已在石油、化(huà)工和天然氣等(deng)領域獲得了廣(guang)泛應用。流量計(ji)的性能對工業(yè)發展有着關鍵(jian)的🈲作用，因此，通(tōng)過優化流量計(jì)結✨構來提高其(qí)計量性能，一直(zhí)是流量測量🍉領(lǐng)域的研究熱點(dian)問題。
　　通過優化(huà)渦輪流量計的(de)表體結構，擴大(dà)了流量計的測(cè)量範圍。Svedin［3］研制了(le)靜态葉輪渦輪(lún)流量計，降低了(le)流量計的壓損(sun)。葉輪的多參數(shù)定量優化方法(fǎ)，針對 15 mm口徑的傳(chuan)感器确定了一(yī)組能夠實現🈚黏(nian)度不敏感的幾(jǐ)何參數。郭素娜(nà)等［5］研究了💃葉輪(lun)參數對渦輪傳(chuán)感器性能的影(yǐng)響，确定了葉片(pian)切角參數爲 0． 25 時(shí)傳感器性能佳(jiā)。
前人的工作主(zhǔ)要集中在對葉(ye)輪部分的優化(huà)，對其它結🐅構的(de)研究相對較少(shao)。前導流器作爲(wei)渦輪流量計的(de)主要組件之一(yī)，具有⛱️整形流場(chang)、壓縮流體、導向(xiàng)流動、創造充分(fèn)發展的速度分(fèn)㊙️布的作用。整流(liu)效果直接影響(xiang)流量計的品質(zhi)優劣。因此，前導(dao)🌐流器的結🚶‍♀️構優(yōu)化對于提高渦(wō)輪流量計性能(neng)具有重要意義(yì)。
　　CFD 數值模拟已經(jīng)成爲預測傳感(gǎn)器性能［6-7］、研究渦(wō)輪流量計内部(bù)流場信息［8-9］的有(yǒu)效方法。本研究(jiū)以氣體渦輪流(liú)量計☎️前流器爲(wei)優化對象，通過(guò)Fluent 軟件對不同前(qián)導流器結構的(de)渦輪流量計内(nèi)部流場💃進行仿(pang)真分析，引入了(le)⚽流場均勻㊙️性指(zhǐ)數來💯評價前導(dǎo)流器的整💃🏻流效(xiào)果，給出了針對(dui)前導流器部件(jiàn)的優化建議，并(bing)且通過實驗☁️驗(yan)證了優化方案(an)。
2 渦輪流量計簡(jian)介及優化評價(jià)指标
2．1 結構及特(tè)征參數
　　氣體渦(wō)輪流量計的主(zhǔ)要組件包括前(qian)導流器、葉輪☎️、後(hòu)導流件🤟等，其結(jié)構簡圖如圖 1 所(suo)示。

　　前導流器的(de)主要特征參數(shu)有: 導流器直徑(jìng)、導流體長度、導(dao)流器葉片數目(mù)、導流葉片長度(dù)。
2.2 工作原理
　　氣體(tǐ)渦輪流量計的(de)工作原理: 氣體(tǐ)流過流量計推(tuī)動渦輪葉片旋(xuán)轉，葉片轉速與(yu)流體流速成正(zhèng)比，通過測量轉(zhuǎn)速來得到流速(sù)，進而得到管道(dao)内的流量值。待(dai)測✌️體積流量 qv與(yǔ)輸出脈沖頻率(lü) f 的關系式爲:

式(shi)中: K 指流量計的(de)儀表系數。
根據(ju)運動定律建立(li)渦輪的運動方(fāng)程爲

　　式中: J 爲渦(wo)輪的轉動慣量(liàng); ω 爲渦輪的旋轉(zhuan)角速度，t 爲時間(jian)，Tr爲📧氣流對葉片(piàn)的推動力矩，Trm爲(wei)機械摩擦力矩(jǔ)，Trf爲流♻️動阻力矩(jǔ)，Tre爲電磁阻力矩(ju)。
2.3 優化評價指标(biāo)
　　本文選取數值(zhí)模拟過程中的(de)定性指标和實(shí)驗測得的🤞定量(liang)指标作爲優化(hua)評價指标，從仿(pang)真與實驗兩方(fang)面綜合評價優(you)🙇🏻化結👄果。
2．3．1 流場均(jun)勻性指數
　　氣體(tǐ)渦輪流量計作(zuo)爲速度式流量(liang)計，是在氣流入(ru)✔️口處接近📧平均(jun)速度輪廓的條(tiao)件下設計和标(biao)定的［10］。要想達到(dao)🙇‍♀️正确計量的目(mu)的，應當使葉輪(lun)處氣流的速度(du)場盡量均勻。當(dang)氣體來流的速(sù)度場紊亂時，氣(qi)流對渦輪葉片(pian)的推動力矩 Tr随(sui)之紊亂，導緻葉(yè)片發👉生震顫，計(ji)量性能變差，嚴(yan)重時造成葉㊙️片(pian)與輪軸間磨損(sǔn)失效。而前導流(liu)器的作用就是(shi)整形流場，使氣(qì)體流速均勻，故(gu)引入流場均勻(yun)性指數作爲優(yōu)化評價指标。
　　均(jun)勻性指數 γ［11］描述(shu)了指定表面上(shang)指定物理量的(de)變化情況💋，γ 取［0，1］，γ 越(yue)大表示均勻性(xing)越好。均勻性指(zhǐ)數采用面積進(jin)行衡量: 面積加(jia)權均勻性指數(shu) γα。
面積加權均勻(yún)性指數( γα) ，利用下(xia)式進行計算:

　　從(cóng)均勻性指數的(de)定義可以看出(chū)，當指定物理量(liàng)爲速度時，γα表🌍示(shì)流場速度分布(bu)均勻性。面積加(jiā)權均勻性指🔅數(shù)在數值🏃‍♀️模拟中(zhōng)均可由程序自(zì)身提供，這樣大(da)大提高了計算(suan)的便捷性。因🛀🏻此(ci)，在數值模拟中(zhong)用 γα評價截面的(de)流動均🈲勻性具(jù)有🚩明顯的優勢(shì)。
2．3．2 計量性能指标(biao)
　　基于氣體渦輪(lun)流量計的工作(zuo)原理，依據渦輪(lún)流量🔱計🔞的📐檢定(ding)💋規程［12］，确定了渦(wō)輪流量計的計(jì)量性能指标: 儀(yi)表系數、線性度(du)、重複性以及壓(ya)力損失。1) 儀表系(xì)數 K，依據規程按(an)下式計算:

式中(zhōng): ( Ki)max、( Ki)min分别指在整個(gè)流量範圍内，各(gè)流量點儀表系(xi)數的最大㊙️值和(hé)最小值。
2) 重複性(xing) Er，依據規程按下(xià)式計算：

　　式中: ( Er)i爲(wèi)第 i 個流量點的(de)重複性誤差; Eij爲(wèi)第i 個流量點第(di) j 次測量的相對(duì)示值誤差，% ; Ei爲第(dì)i 個流量點的平(ping)均相對示值誤(wu)差，% 。
　　重複性是評(ping)價儀器穩定的(de)重要指标，重複(fu)性越高說明👉流(liú)量計穩定性越(yue)好。
3) 線性度 δ，依據(ju)規程按下式計(ji)算:

4) 壓力損失 Δp，依(yī)據規程規定爲(wei)流量計入口上(shàng)遊 1DN 和出口下遊(you) 1DN 的兩💋點間的壓(yā)力差值。較小的(de)壓力損失可🙇‍♀️減(jiǎn)少輸運氣體的(de)能量消㊙️耗，降低(dī)運輸成本。所以(yi)将壓損作爲優(you)化評價的一個(ge)重要指标。

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