摘要(yao):運用數(shu)值模拟和(he)實驗(yan)測試相(xiang)結(jie)合的(de)方法(fa)，對(dui)氣體渦(wo)輪流量(liang)計(ji) 進行(hang)了結(jie)構改(gai)進和(he)性能優化(hua)。基于(yu)内部(bu)流體的壓(ya)力場和速(su)度場(chang)特征(zheng)分析,得出(chu)了影(ying)響(xiang)流量計(ji)性能(neng)的主(zhu)要結(jie)構爲表芯支座(zuo)和後(hou)導流體,主(zhu)要因素爲(wei)表芯(xin)支座(zuo)側面的壓(ya)力梯度驟降和(he)後導(dao)流體下遊(you)的尾(wei)流(liu)耗(hao)散。通(tong)過對表(biao)芯支座(zuo)和後導流(liu)體進行結構優(you)化,流(liu)量計的計量性(xing)能得(de)到(dao)了提升(sheng)。表明(ming):結構(gou)優化(hua)後流(liu)量(liang)計的壓(ya)力損失在(zai)最大流量下(xia)減小了(le)約42.61%,最(zui)大示(shi)值誤(wu)差降低了22.45%左右(you)，儀表(biao)系數(shu)也更(geng)加趨于(yu)恒定。結(jie)論有(you)助于(yu)爲今(jin)後開(kai)發性(xing)能更(geng)好的(de)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計提供理(li)論指(zhi)導(dao)和(he)技術(shu)支持(chi)。
　　氣(qi)體渦輪(lun)流量(liang)計是一種速度(du)式(shi)的流量(liang)傳感器(qi)，具(ju)有測量精度高、量程(cheng)範圍廣、可(ke)靠性(xing)好以及(ji)使(shi)用方(fang)便等優點(dian)。随着(zhe)我國西氣東輸(shu)工程的全(quan)線貫(guan)通，縱(zong)橫(heng)交(jiao)錯的(de)天然氣(qi)管網使我國形成(cheng)世界(jie)上天然(ran)氣(qi)管網(wang)。氣體渦(wo)輪流量(liang)計被廣(guang)泛(fan)應用(yong)于天然氣(qi)管網(wang)中的(de)貿易(yi)計量，市場前(qian)景(jing)廣闊(kuo)。氣體渦輪(lun)流量計的(de)結構改進(jin)及其性能(neng)優化在流(liu)量計量領(ling)域具(ju)有(you)十(shi)分重要的(de)應用價值(zhi)與現(xian)實意(yi)義。
　　将氣體渦輪(lun)流量(liang)計前(qian)整流(liu)器的(de)葉片(pian)截(jie)取(qu)合适(shi)切角，發現(xian)當葉(ye)片切(qie)角參數爲(wei)0.25時流(liu)量計(ji)的性能最(zui)好。對前整(zheng)流器(qi)結構(gou)進行分析(xi),得到了流(liu)量計壓(ya)力(li)損失和線(xian)性(xing)度誤差(cha)均爲(wei)最小(xiao)時前(qian)整流(liu)器的葉片(pian)數與長度。在前(qian)導流(liu)體研(yan)究方(fang)面.将(jiang)前(qian)導(dao)流體(ti)直徑、前(qian)導流體(ti)與輪(lun)毂(gu)間(jian)距作(zuo)爲改(gai)進參(can)數,比(bi)較了不同(tong)結構(gou)參數下氣體渦(wo)輪流量計(ji)的性(xing)能指(zhi)标(biao)。用(yong)流線(xian)型前(qian)導(dao)流(liu)體結(jie)構代(dai)替(ti)傳統半(ban)球形前(qian)導(dao)流體(ti)，使得流(liu)量計的(de)壓力(li)損失(shi)降低了近33%。一種三葉(ye)片長(zhang)螺旋(xuan)葉輪結構(gou)，流(liu)量(liang)計測(ce)量的(de)重(zhong)複(fu)性明顯提(ti)高,測量的(de)相對(dui)示(shi)值(zhi)誤差明顯(xian)降低。基于(yu)響應面法(fa)和正(zheng)交試(shi)驗法，得出(chu)了影(ying)響流(liu)量計(ji)性能(neng)的(de)葉(ye)輪結(jie)構參(can)數順序爲(wei):葉輪頂端(duan)半徑(jing)>葉輪葉(ye)片(pian)數>葉(ye)輪輪毂(gu)長度>葉(ye)輪輪毂(gu)半(ban)徑。在後導(dao)流(liu)體方面(mian)，優化(hua)了後導流體的葉(ye)片倒角(jiao)。發現流(liu)量(liang)計的(de)壓力損(sun)失随着(zhe)葉片倒角的增大而(er)增加。通過(guo)數值模(mo)拟對流(liu)量計(ji)内部的流(liu)場特征進行分(fen)析,發(fa)現(xian)後導流(liu)體産生的(de)壓力(li)損失達到了總(zong)壓力損失(shi)的55%。
　　綜(zong)上所述,前人對(dui)氣體渦輪流量計的研究主要(yao)集中(zhong)在葉(ye)輪、前(qian)整流(liu)器(qi)與(yu)前導(dao)流體(ti)部分(fen)，而對後導流體(ti)與表(biao)芯支座的結構(gou)改進(jin)及其(qi)性能(neng)優化(hua)目(mu)前還較爲少(shao)見。實(shi)際上(shang),後導流體(ti)在流量計中對流體(ti)起到(dao)穩(wen)流和導流的作(zuo)用,表芯(xin)支座是固(gu)定葉輪的(de)主(zhu)要結構(gou),它們均會(hui)對流量計的性能産(chan)生影(ying)響。因(yin)此,以(yi)TM80氣體(ti)渦(wo)輪(lun)流量(liang)計爲對(dui)象,采用(yong)數值(zhi)模(mo)拟與實(shi)驗測試相(xiang)結合的方式,研究流(liu)量計(ji)内部的流(liu)場特(te).征(zheng)，提出針(zhen)對表(biao)芯支(zhi)座和(he)後導(dao)流體的結(jie)構優化方案，進(jin)而評(ping)估(gu)優(you)化前(qian)後流量(liang)計(ji)的性(xing)能指(zhi)标,探索出(chu)提高(gao)流量(liang)計計(ji)量性能的方法(fa)。
1流量計的(de)物理模型(xing)與性(xing)能指(zhi)标
1.1流(liu)量(liang)計(ji)的物(wu)理模型(xing)
　　以氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計爲研究(jiu)對象,流量(liang)計的結構主要(yao)由前整流器、前(qian)導流(liu)體(ti)、葉(ye)輪、表(biao)芯支(zhi)座、後(hou)導流(liu)體以(yi)及(ji)殼(ke)體等組成,其物(wu)理模(mo)型如圖(tu)1所(suo)示。流量計的前整流(liu)器采用葉(ye)栅結(jie)構，葉(ye)栅(shan)數(shu)爲16;前(qian)導流(liu)體由(you)第二(er)級16片(pian)葉栅(shan)(與前(qian)整流器葉(ye)栅呈11.5°夾角(jiao))和80mm長的圓(yuan)柱結構組成;表(biao)芯支(zhi)座(zuo)用于固(gu)定葉(ye)輪(lun)，葉(ye)輪的(de)葉片數(shu)爲(wei)12,螺旋(xuan)角爲45°;後導(dao)流體置于(yu)葉輪之後(hou),用于穩定(ding)出口(kou)處的(de)氣流。
 
 
　　氣體(ti)渦輪流(liu)量(liang)計的(de)工作(zuo)原理爲:被(bei)測氣(qi)體從(cong)管道流入流量(liang)計，首(shou)先經過前(qian)整流器和(he)前導(dao)流體(ti)進行整(zheng)流(liu),之後(hou)氣流(liu)推動葉輪(lun)使之(zhi)産生(sheng)周期性旋(xuan)轉,葉(ye)輪轉(zhuan)速與被(bei)測流體(ti)的平(ping)均(jun)流速成(cheng)正比。葉輪(lun)旋轉後帶(dai)動磁電轉(zhuan)換器，使(shi)其磁阻(zu)值發生變化,在(zai)感應線圈(quan)中産(chan)生周(zhou)期性變化(hua)的感(gan)應電(dian)勢,該(gai)信号(hao)經放大器(qi)放大後送(song)至儀表盤(pan)顯示。
1.2流量(liang)計的(de)性(xing)能(neng)指标
　　根據氣體渦輪(lun)流量計檢(jian)定規(gui)章《JJG1037-2008》壓力損失、儀(yi)表系數、線(xian)性度(du)誤差(cha)等是(shi)衡量(liang)氣體渦(wo)輪流量(liang)計計(ji)量性能的(de)重要指标(biao)。
①壓力(li)損失
　　壓(ya)力損失(shi)△P表征流體(ti)通過(guo)流量(liang)計的能量(liang)損失,降(jiang)低(di)壓力(li)損失能(neng)夠(gou)減少(shao)流量(liang)計(ji)在(zai)使用過程(cheng)的能(neng)耗氣(qi)體通(tong)過流(liu)量計(ji)的壓(ya)力(li)損失計(ji)算公式(shi)爲(wei):
 
式中(zhong):α爲壓(ya)力損失系(xi)數;ρ爲(wei)氣(qi)流密度，單位(wei)爲kg/m3u爲氣流(liu)流速,單(dan)位爲m/s。
②儀(yi)表系數
　　儀(yi)表系(xi)數K是表(biao)征(zheng)流量(liang)計測(ce)量準确度(du)和量(liang)程比(bi)的關鍵性(xing)能(neng)指(zhi)标。各(ge)流量點的(de)儀表(biao)系數(shu)Ki與待測氣(qi)流體積(ji)流(liu)量Qi及(ji)流量計輸(shu)出脈(mo)沖頻率ƒ的(de)關系(xi)式爲(wei):
 
按計量檢(jian)定規章(zhang)，儀(yi)表系(xi)數K可(ke)以(yi)由式(3)進(jin)行計(ji)算(suan):
 
　　式中:(K)max和(he)(Ki)min分别(bie)表示(shi)流量(liang)計在分界流量maxmin點q,到最大流量(liang)點qmax範圍内(nei)各個(ge)流量檢(jian)定點得(de)到Ki的最大值和(he)最小(xiao)值，單(dan)位爲(wei)(m3)-1。K越接近(jin)恒(heng)定,表示流(liu)量(liang)計的測(ce)量穩定性越高,進行(hang)流(liu)量轉換(huan)時的(de)精度(du)也越高。
③最(zui)大(da)示值誤(wu)差E
　　爲了定量表(biao)征儀(yi)表(biao)系(xi)數的(de)穩定性，引入最(zui)大示(shi)值(zhi)誤差。根(gen)據計(ji)量檢(jian)定規章,最(zui)大(da)示值誤(wu)差E可以由(you)式(4)進行計算:
 
　　在量程(cheng)範圍内最(zui)大示(shi)值誤(wu)差越小，表(biao)明流(liu)量計的儀(yi)表系數越穩定(ding),線性度也(ye)就越好。
2數(shu)值(zhi)模拟與(yu)實驗測試(shi)方法
2.1數值模(mo)拟(ni)方法(fa)
　　氣流(liu)在(zai)氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計内部(bu)的流動(dong)遵循流(liu)體力(li)學的(de)基本(ben)方程，即滿足流體運(yun)動(dong)的(de)質量(liang)守恒(heng)方(fang)程(cheng)和動(dong)量守恒(heng)方程。質(zhi)量守恒(heng)方(fang)程和(he)動量(liang)守(shou)恒方法(fa)表示爲：
 
　　式(shi)中:xi，xi爲(wei)空間(jian)坐标(biao)分量(liang)，ui，uj爲流(liu)體(ti)流動速(su)度分(fen)量:p爲(wei)靜壓(ya)，pij爲應(ying)力張(zhang)量ƒi爲體積力分量。
　　由(you)于流(liu)量計(ji)結構十分(fen)複(fu)雜(za),氣流(liu)在流量計内部(bu)的運動往往呈(cheng)現湍流狀(zhuang)态。爲(wei)了實(shi)現(xian)對湍流(liu)的模(mo)拟，需(xu)要額(e)外引(yin)入湍流模(mo)型。本文選取RNGk-ε模(mo)型作(zuo)爲湍(tuan)流模(mo)型，其湍(tuan)流(liu)動能h和耗散率ε的輸(shu)運方(fang)程(cheng)表(biao)示爲:
 
　　式中(zhong):Gk表(biao)示平均(jun)速度(du)梯度(du)所産(chan)生的(de)湍流(liu)動能(neng).αε，αk分别(bie)表示(shi)ε和h的(de)擴散率,C1ε、C2ε爲系數(shu)。
　　由于(yu)氣流運動(dong)與葉輪(lun)旋(xuan)轉存(cun)在相互作(zuo)用，需(xu)要引(yin)入(ru)扭矩模(mo)型根據(ju)力(li)矩平(ping)衡原理,葉輪旋(xuan)轉的運動方程可以(yi)表示(shi)爲:
 
　　式(shi)中:J爲(wei)葉輪(lun)慣性力矩(ju)，單(dan)位(wei)爲kg·m2;dɷ/dt爲(wei)葉輪角(jiao)加(jia)速度(du)，單位(wei)爲rad/s2;M1爲流體(ti)對葉輪驅動力矩;M2爲軸承(cheng)摩擦(ca)阻力矩，單位爲(wei)N·m;M3爲黏(nian)性阻(zu)力矩(ju)，單位(wei)爲N·m;M4爲磁阻(zu)力矩，單(dan)位爲N·m;t爲(wei)時間(jian)，單位爲s。
　　采(cai)用Fluent軟(ruan)件求解流(liu)量計(ji)内(nei)部(bu)氣流的運(yun)動方程。爲(wei)了消除管(guan)道進(jin)口段效(xiao)應(ying)對模(mo)拟結(jie)果的(de)影響，在流量(liang)計的進(jin)出口均(jun)增(zeng)加了(le)10D的直(zhi)管(guan)段(D爲機(ji)芯直(zhi)徑)。由(you)于給(gei)定了流體的體(ti)積流量,進口采用速(su)度(du)進(jin)口邊(bian)界條件,進(jin)口平(ping)均速(su)度通過u=Qv/A确(que)定,方向與進口直管(guan)段截(jie)面垂(chui)直;出口爲(wei)大氣(qi)壓，壁面采用無(wu)滑移邊界。爲了(le)求解(jie)葉(ye)輪(lun)旋轉(zhuan)運動方程(cheng)，把整(zheng)個計(ji)算(suan)區域分(fen)解爲(wei)靜(jing)區(qu)域和(he)葉輪旋轉的動(dong)區域，動區(qu)域和(he)靜區(qu)域之(zhi)間采(cai)用多重(zhong)參(can)考模(mo)型(MRF)耦(ou)合葉輪采(cai)用滑移邊界條件，與旋(xuan)轉(zhuan)區域(yu)具有相同的轉速。葉(ye)輪(lun)旋轉區(qu)域與前後靜區(qu)域之間的表面(mian)定義爲interface邊界,便(bian)于與(yu)其他流域(yu)進行信息(xi)交換。
2.2測試方法(fa)
　　測試(shi)采用标準(zhun)表法(fa)氣體(ti)流量标準(zhun)裝置。實驗(yan)裝置主要(yao)由羅茨流(liu)量計、氣(qi)體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計(ji)、穩(wen)壓氣(qi)罐、氣動(dong)閥門、氣泵和控(kong)制系統(tong)等組成，如(ru)圖2所示。實驗通過遠(yuan)程操(cao)作PLC設備，調(diao)節氣(qi)動(dong)閥門的(de)開度,實現(xian)對氣(qi)體體(ti)積(ji)流量的(de)控制。羅茨(ci)流量(liang)計作爲标(biao)準表(biao),其工作量(liang)程爲(wei)0~250m3/h,流量控制(zhi)精度(du)爲0.5級。氣體(ti)渦輪流量(liang)計作爲待(dai)測流量計，其測量精(jing)度等級爲(wei)1級，工作(zuo)量(liang)程爲13m3/h~250m3/h,量程比爲20:1。差壓(ya)計的兩個(ge).測壓(ya)口分(fen)别安裝在(zai)待測流量(liang)計的前後(hou)直(zhi)管段3D處(chu)，其量程範(fan)圍爲土3000Pa.測(ce)量精度等(deng)級爲1級(ji)。氣(qi)泵與(yu)氣動(dong)閥(fa)門相連(lian)，能夠(gou)産生(sheng)相對(dui)穩定(ding)的(de)負(fu)壓。根(gen)據國家計量檢(jian)定标(biao)準，氣體渦(wo)輪流量(liang)計(ji)需檢(jian)定13m3/h、50m3/h、100m3/h和(he)250m3/h等(deng)特征流(liu)量點(dian)。每個(ge)流量(liang)點進(jin)行多次測(ce)量,實(shi)驗結果得(de)到标(biao)準表和被(bei)測流量計(ji)的壓力損失、脈沖數(shu)、體積流量(liang)以及(ji)單流(liu)量(liang)點的測(ce)量時間，數(shu)據處理後(hou)得到儀表(biao)系數和最(zui)大示(shi)值誤(wu)差等(deng)指标(biao)，進而評估(gu)氣體(ti)渦輪流(liu)量(liang)計的(de)計量(liang)性能(neng)。
 
3結果(guo)分析與讨(tao)論
3.1方(fang)法驗證
　　根(gen)據氣(qi)體渦輪流量計(ji)的結構(gou)設(she)計圖(tu)紙，運(yun)用(yong)SolidWorks軟(ruan)件對(dui)各部分零(ling)件進(jin)行組(zu)裝建(jian)模，将(jiang)建好(hao)的模(mo)型導(dao)入ANSYSWorkBench進行(hang)網格劃(hua)分。采(cai)用分(fen)塊化方法(fa)劃分(fen)網格(ge)，直管段采(cai)用結(jie)構化網格;由于(yu)葉輪和(he)後(hou)導流體的(de)結構更爲(wei)複雜,采(cai)用(yong)非結(jie)構混(hun)合(he)網(wang)格，并(bing)對其(qi)進行(hang)細化處理，最後(hou)進行(hang)網格無(wu)關性驗(yan)證，如(ru)圖(tu)3所示。當(dang)網格數(shu)量(liang)爲580萬(wan)與670萬(wan)時,兩(liang)者的(de)壓力損失(shi)相差(cha)僅爲(wei)21Pa，故本文選(xuan)取580萬網(wang)格數量(liang)進行(hang)後面(mian)的數(shu)值模拟研(yan)究。
 
　　爲了驗(yan)證(zheng)模拟方(fang)法的可(ke)靠性,本(ben)文比(bi)較了(le)氣體(ti)渦輪流量(liang)計在(zai)13m3/h~250m3/h範圍(wei)内11個流量(liang)點的壓(ya)力(li)損失(shi),這些(xie)流量(liang)點包(bao)含了國(guo)家(jia)計量(liang)檢定(ding)标(biao)準(zhun)的4個(ge)特征流量(liang)點,符合實(shi)際(ji)的流量(liang)檢測要求(qiu)。由圖(tu)4可知(zhi):在全(quan)量程(cheng)範圍内，流(liu)量計(ji)壓力(li)損(sun)失(shi)的模(mo)拟結果與(yu)實驗結果十(shi)分(fen)吻合(he),誤差(cha)僅在0~6%範圍(wei)内波(bo)動(dong),證實了(le)所采用的數值(zhi)模拟(ni)方(fang)法(fa)和實(shi)驗測試(shi)方(fang)法的(de)可靠(kao)性和(he)準确(que)性,爲後面流量(liang)計的(de)結構改進(jin)和性能(neng)優(you)化奠(dian)定了(le)基礎(chu)。
 
3.2流量(liang)計内部特(te)征分(fen)析
　　爲(wei)了獲得氣(qi)體渦輪流(liu)量計(ji)結構(gou)改進思路(lu)，首先對優(you)化前(qian)流量(liang)計(ji)内(nei)部流(liu)場進行數(shu)值模(mo)拟。通(tong)過在葉輪(lun)旋轉(zhuan)中(zhong)心(xin)截取(qu)水平(ping)剖面(mian)，得到(dao)流場(chang)的壓(ya)力場(chang)和速(su)度場雲圖(tu)。本文選取(qu)流量點50m3/h、250m3/h作(zuo)爲(wei)分(fen)析對(dui)象,對流量計内部的(de)流場(chang)特征(zheng)進行定量研究。
　　由圖(tu)5(a)可知:當流(liu)量爲(wei)50m3/h時(shi)，流(liu)量計進出口的(de)總壓(ya)力損失約(yue)爲71.4Pa。由(you)于受到前整流(liu)器和前導(dao)流體(ti)的阻(zu)擋作用，前(qian)導流體(ti)迎(ying)風面(mian)壓力(li)梯度與流(liu)動方向相反,邊(bian)界層發生分離(li)現象,造成(cheng)能量(liang)損失(shi)。在表芯支(zhi)座側面(mian),壓(ya)力從(cong)35.7Pa急劇減至(zhi)13.2Pa;在近(jin)壁面處出(chu)現了(le)負壓(ya)區，導緻氣(qi)流運動(dong)紊(wen)亂。流(liu)量計的出(chu)口處(chu)出現(xian)了明(ming)顯的(de)負壓(ya)區，最大負(fu)壓值(zhi)約爲(wei)-14.5Pa,此處(chu)壓力(li)梯度與流(liu)體流(liu)動(dong)方(fang)向相反，且(qie)等壓(ya)線分(fen)布混亂，流(liu)場壓力分(fen)布非常不(bu)均勻,大大(da)增加了流動的能量(liang)損失。
 
　　由(you)圖5(b)可知:流體經過(guo)表芯(xin)支座時，流(liu)道截面突縮，流體速(su)度從2.95m/s迅(xun)速(su)增至7.9m/s。由于(yu)表芯支座(zuo)結構的(de)特(te)殊性(xing),經過(guo)的流體無(wu)法以垂直(zhi)角度(du)沖擊葉輪(lun),使得(de)用葉輪轉(zhuan)速計算得(de)到的流量(liang)與實(shi)際(ji)流量存(cun)在較(jiao)大偏差，降(jiang)低了(le)流(liu)量(liang)計的(de)精度。流體流出(chu)葉輪(lun)後(hou),由于後導流(liu)體直(zhi)徑大(da)于葉(ye)輪(lun)輪(lun)毂直徑，流(liu)道截面繼(ji)續縮小,氣(qi)流速(su)度繼(ji)續增加。後(hou)導流體出(chu)口處(chu)速度(du)梯(ti)度大，當(dang)流體有旋(xuan)運動(dong)與壁(bi)面分離時(shi)，出現了明(ming)顯的(de)回流(liu)現象和尾(wei)迹區域。受(shou)流體粘性的影(ying)響，尾(wei)迹中(zhong)旋渦(wo)的動(dong)能逐(zhu)漸轉換成(cheng)熱能進一步耗(hao)散,增(zeng)加了(le)能量(liang)損失(shi)。
　　圖(tu)5(c,d)表示流(liu)量爲(wei)250m3/h時流量計(ji)内部流體(ti)的壓力雲(yun)圖和速度(du)雲圖。随着(zhe)流量(liang)的增(zeng)加,流量計(ji)内部流體(ti)的湍流性(xing)質更(geng)加明(ming)顯。流量(liang)計的壓力損(sun)失明(ming)顯增(zeng)加,壓力損(sun)失約(yue)爲1390.5Pa。此(ci)時,表(biao)芯支(zhi)座處(chu)的壓(ya)力梯(ti)度變(bian)化更加明(ming)顯;後導(dao)流(liu)體下遊區域的(de)流場(chang)更加紊(wen)亂(luan)，回流現象(xiang)加劇，尾迹(ji)範圍(wei)明顯擴大。
　　上述(shu)模拟結果(guo)給予(yu)我們(men)重要(yao)提示(shi):表芯(xin)支座(zuo)和後(hou)導流(liu)體的(de)結構(gou)對流量計(ji)性能的影(ying)響非常明(ming)顯，可以通(tong)過改(gai)進表(biao)芯支(zhi)座和(he)後導流體(ti)的結(jie)構達(da)到提高流.量計(ji)性能(neng)的目的(de)。在(zai)表芯(xin)支座的優化中(zhong)，可以(yi)從(cong)減(jian)少側面區(qu)域壓(ya)力梯(ti)度驟變(bian)的角度(du)考慮(lü)。在後導流(liu)體的優(you)化(hua)中,可以從(cong)穩定流場(chang)、減弱回(hui)流(liu)，縮小(xiao)負壓(ya)區(qu)和尾迹(ji)範圍(wei)的(de)方向思(si)考。
3.3流(liu)量計結構(gou)改進(jin)方(fang)案
　　基于(yu)流量(liang)計流場特(te)征的(de)分(fen)析,将原(yuan)來的(de)表(biao)芯支座(zuo)和後導(dao)流體結構進行改(gai)進設(she)計。首先，表芯支(zhi)座迎風(feng)面一側(ce)的直徑從64mm縮減(jian)至50mm,如圖6(a-b)所(suo)示,運(yun)用所形成的18.5°坡度來(lai)減緩流體(ti)的壓(ya)力(li)梯度變(bian)化，從(cong)而(er)減少流(liu)量計的壓(ya)力損(sun)失。其(qi)次(ci).對後導(dao)流體的直(zhi)徑進(jin)行縮(suo)減，如圖6(d)~圖(tu)6(e)所示，直(zhi)徑(jing)從原來的(de)66mm減至62mm,以減(jian)小對(dui)流出葉輪(lun)流體的(de)阻礙。最(zui)後,運(yun)用(yong)3D打(da)印技(ji)術，制(zhi)作優化後(hou)的表芯(xin)支(zhi)座和(he)後導(dao)流體模型(xing)成品，如圖(tu)6(c)、圖6(f)所示。
 
3.4流(liu)量(liang)計性能(neng)指标(biao)評(ping)價(jia)
　　爲驗證改(gai)進方(fang)案的(de)可行(hang)性，對(dui)改進(jin)模型進行仿真(zhen)，從流場的(de)角度分析(xi)其(qi)優化效(xiao)果。流量點(dian)同樣(yang)選取(qu)50m3/h、250m3/h作(zuo)爲分析(xi)對象，流量(liang)計内(nei)部流(liu)場(chang)特(te)征如(ru)圖7所(suo)示。從(cong)結構(gou)整體(ti)優化(hua)的模(mo)拟結(jie)果可以看(kan)出:由(you)于改(gai)變了(le)表芯支座(zuo)的坡(po)度使得(de)氣流更(geng)加平緩，其迎風(feng)面高(gao)壓區減小(xiao)，側面的負(fu)壓區(qu)消失(shi),壓力梯度(du)驟變(bian)的情(qing)況得(de)到緩(huan)解;後導流(liu)體下遊區(qu)域流(liu)場紊(wen)亂的現象(xiang)也得到(dao)明(ming)顯改(gai)善，壓(ya)力分(fen)布變(bian)得更均勻(yun);尾迹區域(yu)的面積減(jian)小,尾迹(ji)耗(hao)散引(yin)起的能量降低(di);流量計(ji)出(chu)口處(chu)的壓力(li)梯度變(bian)化更均勻,後導(dao)流體的導(dao)流效(xiao)果明顯(xian)提升;總壓，力(li)損失明顯(xian)降低,在50m3/h流(liu)量點降低(di)了(le)約46.2%,在250m3/h流(liu)量點(dian)降低(di)了約45.8%。
 
　　爲進(jin)一(yi)步驗證(zheng)結構改進(jin)效果，用優(you)化後的表(biao)芯支座和(he)後導流體(ti)成品(pin)模型(xing)代替(ti)原(yuan)模型中(zhong)的表(biao)芯支座和(he)後導(dao)流(liu)體(ti)結構(gou)，安裝(zhuang)進(jin)氣(qi)體渦(wo)輪流量計進行(hang)實驗(yan)測試(shi)。根據(ju)《渦輪流(liu)量計檢定規(gui)章(zhang)》,通過重(zhong)複實(shi)驗(yan)獲(huo)得多組實(shi)驗數據,數(shu)據處(chu)理後(hou)得到(dao)流量(liang)計的壓，力(li)損失、儀表系數、最大(da)示(shi)值誤差(cha)等性能指标，進(jin)而評價流量計(ji)的結構優(you)化效果及(ji)其(qi)計量性(xing)能。表(biao)1所(suo)示(shi)爲實(shi)驗測(ce)試的數據(ju)處理(li)結(jie)果(guo)。
 
　　首先(xian),對結構(gou)優化前(qian)後流(liu)量計(ji)壓力(li)損失(shi)的實驗結(jie)果進(jin)行分析。圖8表示原模型、優(you)化表芯(xin)支(zhi)座模型、優化後(hou)導流(liu)體模型，以(yi)及整(zheng)體優化模(mo)型的(de)壓力損(sun)失随着流量(liang)變化的規(gui)律。随(sui)着流(liu)量的(de)增大，所有流量(liang)計模(mo)型的(de)壓力損失(shi)均呈明顯(xian)增大趨勢。兩個(ge)結構(gou)優(you)化方案(an)均對壓力(li)損失(shi)的降(jiang)低起到了(le)作用，當(dang)流(liu)量爲(wei)250m3/h時，整(zheng)體優化模(mo)型将壓(ya)力損失(shi)降低至.749.8Pa,降(jiang)低幅(fu)度約(yue)42.6%,有(you)效地減(jian)少流(liu)量(liang)計(ji)在使(shi)用過程(cheng)的(de)能耗，提高了流量計(ji)的性(xing)能。
　　根據實(shi)驗測(ce)試(shi)數據,運(yun)用式(2)、式(3)，計算得(de)到了流(liu)量計的(de)儀表系數(shu)K。圖9所(suo)示爲(wei)結構優化(hua)前後(hou)流量計儀表系(xi)數随着流(liu)量的變化(hua)規律。在小(xiao)流(liu)量情況(kuang)下(0~50m3/h),儀表系(xi)數起(qi)伏很(hen)明顯,這主(zhu)要由于流(liu)量計(ji)受葉(ye)輪慣性力(li)、流體(ti)阻力(li)以及(ji)機械阻力等因(yin)素的(de)影(ying)響(xiang)而造(zao)成;相(xiang)對而(er)言整(zheng)體優化(hua)模(mo)型的儀表(biao)系(xi)數較好(hao)。在大(da)流量情況(kuang)下(50m3/h~250m3/h)，四個模(mo)型的(de)儀表系(xi)數(shu)都較爲平(ping)整;相對于(yu)原模(mo)型(xing),三種優化模(mo)型的儀表(biao)系數都更(geng)趨于(yu)恒定(ding),這表明優(you)化表芯支(zhi)座和(he)後導(dao)流體結構(gou)可以提(ti)高(gao)流量(liang)計測(ce)量(liang)的(de)精度(du)。
　　爲了(le)定量(liang)表征(zheng)儀表(biao)系(xi)數(shu)的穩(wen)定性(xing)，根據(ju)式(4)，文(wen)章計算得到了(le)流量(liang)計的最大(da)示值誤(wu)差。由表(biao)1可知(zhi):優化(hua)後導(dao)流體後流量計(ji)的最大示(shi)值誤(wu)差降(jiang)至(zhi)0.242%，降低了(le)約17.7%。優(you)化表芯支(zhi)座不能明(ming)顯降(jiang)低流量計(ji)的最大示(shi)值(zhi)誤差，其(qi)線性度誤(wu)差約(yue)爲0.283%。在(zai)同(tong)時優化(hua)表芯支座(zuo)和後(hou)導流(liu)體的情況(kuang)下，最大示(shi)值誤(wu)差明顯減(jian)小，降(jiang)幅約(yue)爲22.45%。這表明(ming)本文(wen)所(suo)提出的(de)優化方案(an)可以(yi)明顯提升流量(liang)計儀表(biao)系(xi)數的穩定(ding)性(xing)。
 
結論
　　采(cai)用CFD數值模(mo)拟方(fang)法，氣體(ti)渦輪流(liu)量計内部(bu)的流(liu)場特征(zheng)，進而提(ti)出了關于(yu)流量(liang)計表(biao)芯(xin)支座和(he)後導流體(ti)的結構優(you)化(hua)方案。基(ji)于标準表法實(shi)驗測(ce)試技術，比(bi)較分(fen)析了結構優化(hua)前(qian)後流量(liang)計的壓力(li)損失(shi)、儀表(biao)系(xi)數(shu)以及(ji)線性度(du)誤(wu)差等(deng)性能(neng)指(zhi)标。研究(jiu)結果如(ru)下(xia):
①數值(zhi)結果(guo)表明:表芯(xin)支座(zuo)側(ce)面(mian)的壓(ya)力梯(ti)度驟(zhou)變和(he)後導流(liu)體尾部的回(hui)流(liu)和(he)尾流(liu)特征是影(ying)響氣(qi)體渦輪流(liu)量計(ji)性能的主(zhu)要因素。
②實(shi)驗(yan)結(jie)果表(biao)明:對表芯支座和後(hou)導(dao)流體結(jie)構單獨優(you)化後(hou)，氣體渦輪流量(liang)計的壓力(li)損失(shi)分别(bie)降(jiang)低約24.2%和(he)17.8%、最大(da)示(shi)值(zhi)誤差(cha)分别降低(di)約17.7%和(he)3.7%。
③對表芯支座和(he)後導流體整體(ti)優化後,氣(qi)體渦輪流(liu)量(liang)計的性(xing)能得(de)到了進一步提(ti)高，總(zong)的壓(ya)力損(sun)失降(jiang)低約(yue)43.61%,總的(de)最(zui)大(da)示值(zhi)誤差減小(xiao)約22.45%

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