1 引 言(yán)
　　氣體渦輪流(liu)量計 是一種(zhong)速度式流量(liàng)計，具有重複(fu)性好、量程範(fan)圍寬、适應性(xing)✊強、輸出脈沖(chong)信号等特點(dian)，近年來已在(zai)石油、化工👈和(he)天然氣♊等領(lǐng)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(guò)優化流量計(jì)結構來提高(gāo)其計量性能(neng)，一直是流量(liang)測量🌈領域的(de)研究熱點問(wèn)題。
　　通過優化(huà)渦輪流量計(ji)的表體結構(gou)，擴大了流量(liàng)計🔅的測量🙇🏻範(fàn)圍。Svedin［3］研制了靜(jìng)态葉輪渦輪(lun)流量計，降低(di)了💛流量計的(de)壓損💔。葉輪的(de)多參數定量(liàng)優化方法，針(zhen)對 15 mm口徑的傳(chuán)感器确定了(le)📞一組能夠實(shí)現黏度不敏(min)感的幾何參(cān)數。郭素娜等(děng)［5］研究了葉輪(lun)參數對渦輪(lun)傳感器性能(néng)的🌂影響，确定(ding)了葉片切角(jiao)參數爲 0． 25 時傳(chuan)感❄️器性能佳(jiā)。
前人的工作(zuo)主要集中在(zai)對葉輪部分(fèn)的優化，對其(qi)它結構的研(yan)究相對較少(shao)。前導流器作(zuò)爲渦輪流量(liàng)計的🏃主要組(zǔ)件之一，具有(yǒu)整形流場、壓(ya)縮流體、導向(xiang)流動、創🧡造充(chong)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(zhi)優劣。因此，前(qian)導流器的結(jie)構優化對于(yu)提高渦輪流(liu)量計性能具(jù)✨有重要意義(yì)⭕。
　　CFD 數值模拟已(yi)經成爲預測(ce)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(yan)究以氣體渦(wo)輪流❄️量計前(qian)流器爲優化(hua)🙇‍♀️對象，通過Fluent 軟(ruan)件對不同前(qián)導流器結構(gou)的渦輪流量(liang)計内部流場(chǎng)進行仿真分(fen)析，引入了流(liú)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(dǎo)流器部件的(de)優化建議，并(bìng)👌且通過實驗(yàn)驗證了優化(huà)方案。
2 渦輪流(liú)量計簡介及(jí)優化評價指(zhǐ)标
2．1 結構及特(tè)征參數
　　氣體(ti)渦輪流量計(jì)的主要組件(jiàn)包括前導流(liu)器、葉輪、後導(dǎo)流件等🌈，其結(jie)構簡圖如圖(tú) 1 所示。

　　前(qian)導流器的主(zhu)要特征參數(shù)有: 導流器直(zhí)徑、導流體長(zhǎng)度、導流器葉(yè)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(lǐ): 氣體流過流(liu)量計推動渦(wo)♻️輪葉片旋轉(zhuan)，葉片轉速與(yǔ)流體流速成(chéng)正比，通過測(ce)㊙️量轉速來得(dé)到流速，進而(ér)得到管道内(nèi)的流量⚽值。待(dài)測🛀體積流量(liàng) qv與輸出脈沖(chong)🍓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(jiàn)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(wèi)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(wèi)流動阻👌力矩(ju)，Tre爲電⛱️磁阻力(lì)矩。
2.3 優化評價(jià)指标
　　本文選(xuan)取數值模拟(ni)過程中的定(dìng)性指标和實(shí)驗測得的定(ding)量指标作爲(wei)優化評價指(zhi)标，從仿真與(yǔ)實驗兩方面(miàn)綜合評價優(you)化結果。
2．3．1 流場(chang)均勻性指數(shù)
　　氣體渦輪流(liu)量計作爲速(su)度式流量計(jì)，是在氣流入(ru)📐口處接近🈲平(ping)均速度輪廓(kuo)的條件下設(she)計和标定的(de)［10］。要想達到正(zheng)确計量♌的目(mu)的，應當使葉(ye)輪處氣流的(de)速度場盡量(liàng)均勻。當氣體(tǐ)來流❗的速度(dù)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(fa)生震顫，計量(liàng)性能變差，嚴(yán)重時造成葉(yè)片與輪軸間(jian)磨損失效。而(ér)前導流器的(de)作用🌈就是整(zheng)形流場，使氣(qi)體流速均勻(yún)，故引入流場(chǎng)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(mian)上指定物理(li)量的變化情(qíng)況，γ 取［0，1］，γ 越大表(biao)示均勻性越(yue)好。均勻性指(zhǐ)數采用🏃🏻面積(ji)進行衡量: 面(miàn)積加權均勻(yun)性指數 γα。
面積(jī)加權均勻性(xìng)指數( γα) ，利用下(xià)式進行計算(suan):

　　從均勻性指(zhi)數的定義可(ke)以看出，當指(zhi)定物理量爲(wei)速度時，γα表示(shi)流場速度分(fèn)布均勻性。面(miàn)積加權均勻(yún)性指♍數在數(shù)值模拟中均(jun1)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(shu)值模拟中用(yòng) γα評價截面的(de)流動均勻性(xìng)具有明顯的(de)優勢。
2．3．2 計量性(xing)能指标
　　基于(yú)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(yī)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(diǎn)儀表系數的(de)最🤩大值和最(zui)小值。
2) 重複性(xing) Er，依據規程按(an)下式計算：

　　式(shì)中: ( Er)i爲第 i 個流(liú)量點的重複(fú)性誤差; Eij爲第(dì)i 個流量點🏃🏻第(dì) j 次測♊量的相(xiàng)對示值誤差(cha)，% ; Ei爲第i 個流量(liang)點的平均相(xiang)對示值誤差(chà)，% 。
　　重複性是評(ping)價儀器穩定(dìng)的重要指标(biao)，重複性越高(gāo)❄️說明🔴流♻️量計(ji)穩定性越好(hao)。
3) 線性度 δ，依據(jù)規程按下式(shì)計算:

4) 壓力損(sǔn)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(jiào)小的壓力損(sǔn)失可減少輸(shū)運🏒氣體的能(neng)量消耗，降低(di)運輸成本。所(suǒ)以将壓損作(zuò)爲優化㊙️評價(jià)的一個重要(yào)指标⭐。

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