1 引 言(yán)
　　氣體渦輪流(liú)量計 是一種(zhong)速度式流量(liang)計，具有重複(fú)性好、量程範(fan)圍寬、适👅應性(xing)強、輸出脈沖(chòng)信号等特點(dian)，近年來已在(zai)石油、化工📐和(he)天然氣等領(ling)😍域獲得了廣(guang)泛應用。流量(liàng)計的性能對(dui)工業發⁉️展有(yǒu)着關鍵的作(zuo)用，因此，通過(guo)優化流量計(ji)結構來提高(gao)其計量性能(néng)，一直是流量(liàng)測量領域的(de)研究熱點問(wèn)題。
　　通過優化(hua)渦輪流量計(jì)的表體結構(gòu)，擴大了流量(liang)計的測量☀️範(fàn)圍。Svedin［3］研制了靜(jing)态葉輪渦輪(lun)流量計，降低(dī)了流量計的(de)⁉️壓損。葉輪的(de)多參數定量(liang)優化方法，針(zhen)對 15 mm口徑的傳(chuan)感器确定了(le)一組能📧夠實(shi)現黏度不敏(mǐn)感的幾何參(cān)數。郭素娜等(děng)［5］研究了葉輪(lun)參數對渦輪(lún)傳感器性能(neng)的㊙️影響，确定(dìng)了葉片切角(jiǎo)參數爲 0． 25 時傳(chuán)感器性能佳(jia)。
前人的工作(zuò)主要集中在(zài)對葉輪部分(fèn)的優化，對其(qi)它結構📞的研(yan)究相對較少(shǎo)。前導流器作(zuò)爲渦輪流量(liang)計的🔅主要組(zǔ)件之一，具有(yǒu)整形流場、壓(yā)縮流體、導向(xiang)流動、創造充(chōng)分發展的速(su)度分布的作(zuo)用。整流效果(guo)直接影響🍉流(liu)量計的♊品質(zhì)優劣📐。因此，前(qian)導流器的結(jié)構優化對于(yú)提高渦輪流(liu)量計性能具(ju)♈有重要意義(yì)🍓。
　　CFD 數值模拟已(yi)經成爲預測(cè)傳感器性能(neng)［6-7］、研究渦輪流(liu)量計🈲内部流(liú)場信息［8-9］的有(yǒu)效方法。本研(yán)究以氣體渦(wo)輪流量計💰前(qián)流器爲優化(hua)對象，通過Fluent 軟(ruǎn)件對不同前(qián)🔆導流器結構(gòu)的渦輪流⭕量(liàng)計内🌈部流場(chǎng)🚶‍♀️進行仿真分(fèn)析，引入了流(liu)場均勻性指(zhǐ)數來💜評價前(qián)導流器的整(zhěng)流效果，給出(chū)✌️了針對前導(dao)☀️流器部件的(de)優化建議，并(bìng)且通過實驗(yàn)驗證了優化(hua)方案。
2 渦輪流(liú)量計簡介及(ji)優化評價指(zhi)标
2．1 結構及特(tè)征參數
　　氣體(tǐ)渦輪流量計(ji)的主要組件(jiàn)包括前導流(liú)器、葉輪、後導(dao)流件等，其結(jie)構簡圖如圖(tu) 1 所示。

　　前(qián)導流器的主(zhǔ)要特征參數(shù)有: 導流器直(zhí)徑、導流體長(zhang)度、導💛流器葉(ye)片數目、導流(liú)葉片長度。
2.2 工(gōng)作原理
　　氣體(tǐ)渦輪流量計(jì)的工作原理(li): 氣體流過流(liú)量計推動🔴渦(wō)輪葉片旋轉(zhuan)，葉片轉速與(yǔ)流體流速成(cheng)正比，通過測(ce)量轉速來得(de)到流速，進而(ér)得到管道内(nei)的流量♌值。待(dài)測體積流量(liàng) qv與輸出脈沖(chòng)頻率 f 的關系(xì)式爲:

式中: K 指(zhi)流量計的儀(yi)表系數。
根據(jù)運動定律建(jian)立渦輪的運(yùn)動方程爲

　　式(shì)中: J 爲渦輪的(de)轉動慣量; ω 爲(wei)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度，t 爲時(shi)間，Tr爲氣流對(dui)葉片的推動(dong)力矩，Trm爲機械(xie)摩擦力矩，Trf爲(wei)流動阻力矩(ju)，Tre爲電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼磁阻力(li)矩。
2.3 優化評價(jià)指标
　　本文選(xuǎn)取數值模拟(ni)過程中的定(ding)性指标和實(shi)驗測得的定(dìng)量指✔️标作爲(wèi)優化評價指(zhi)标，從仿真與(yǔ)實驗兩方面(miàn)綜合評價優(yōu)化結💘果。
2．3．1 流場(chang)均勻性指數(shu)
　　氣體渦輪流(liú)量計作爲速(sù)度式流量計(jì)，是在氣流入(ru)口處🔞接近平(píng)均速度輪廓(kuò)的條件下設(shè)計和标定的(de)［10］。要想達到正(zhèng)确計量的目(mu)的，應當使葉(ye)輪處氣流的(de)速度場盡量(liang)均勻。當氣體(ti)來流的速度(du)場紊亂時，氣(qì)😘流對渦輪葉(yè)片的推動力(lì)矩 Tr随之紊亂(luan)，導緻葉片發(fā)生震顫，計量(liàng)性能變差，嚴(yan)重時造成葉(yè)🔅片與輪軸間(jian)磨損失效。而(er)前導流器的(de)作用就是整(zheng)形流場，使氣(qì)體流速均勻(yun)，故引🤞入流場(chang)均勻性指數(shu)作爲優化評(ping)價指标。
　　均勻(yún)性指數 γ［11］描述(shù)了指定表面(miàn)上指定物理(lǐ)量的變化情(qing)況，γ 取［0，1］，γ 越大表(biao)示均勻性越(yuè)好。均勻性指(zhi)數采用👨‍❤️‍👨面積(ji)進行衡量✂️: 面(mian)積加權均勻(yun)性指數 γα。
面積(ji)加權均勻性(xing)指數( γα) ，利用下(xià)式進行計算(suàn):

　　從均勻性指(zhi)數的定義可(kě)以看出，當指(zhǐ)定物理量爲(wei)速度時，γα表💰示(shì)流場速度分(fen)布均勻性。面(miàn)積加權均勻(yún)性指數在🍉數(shu)值🏃模拟中均(jun)可由程序自(zi)身提供，這樣(yàng)大大提高了(le)計⁉️算的便💞捷(jié)性。因此，在數(shù)值模拟中用(yong) γα評價截面的(de)流動均勻性(xing)具有明顯的(de)優勢。
2．3．2 計量性(xing)能指标
　　基于(yu)氣體渦輪流(liú)量計的工作(zuò)原理，依據渦(wō)輪流量計的(de)檢定規㊙️程［12］，确(que)定了渦輪流(liu)量計的計量(liang)性能指⭐标: 儀(yi)表系數、線性(xing)度、重複性以(yǐ)及壓力損失(shī)。1) 儀表系數 K，依(yi)據規程按下(xia)式計算:

式中(zhōng): ( Ki)max、( Ki)min分别指在整(zheng)個流量範圍(wéi)内，各流量點(dian)儀表系數的(de)最大✨值🌈和最(zuì)小值。
2) 重複性(xìng) Er，依據規程按(àn)下式計算：

　　式(shì)中: ( Er)i爲第 i 個流(liú)量點的重複(fu)性誤差; Eij爲第(di)i 個流量點第(dì) j 次測量的相(xiang)對示值誤差(chà)，% ; Ei爲第i 個流量(liàng)點的平均相(xiang)對示值✔️誤差(cha)，% 。
　　重複性是評(ping)價儀器穩定(dìng)的重要指标(biao)，重複性越高(gao)🙇🏻說明流😘量計(jì)穩定性越好(hǎo)。
3) 線性度 δ，依據(ju)規程按下式(shì)計算:

4) 壓力損(sun)失 Δp，依據規程(cheng)規定爲流量(liàng)計入口上遊(yóu) 1DN 和出口🐆下🎯遊(yóu) 1DN 的兩點間的(de)壓力差值。較(jiao)小的壓力損(sun)失可減少輸(shu)運氣體的能(néng)量消🙇‍♀️耗，降低(di)運輸成本。所(suo)以将壓損作(zuò)🔆爲優化評價(jia)的一個重要(yào)指标。

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