1 引 言(yan)
　　氣體渦(wō)輪流量(liang)計 是一(yi)種速度(du)式流量(liàng)計，具有(yǒu)重複性(xìng)好、量程(chéng)範圍寬(kuān)、适⛷️應性(xìng)強、輸出(chū)脈沖信(xìn)号等特(te)點，近年(nián)來已在(zai)石油、化(hua)工和天(tiān)然氣💚等(děng)領💘域獲(huo)得了廣(guǎng)泛應用(yòng)。流量計(ji)的🌈性能(neng)對工業(yè)發展有(yǒu)着關鍵(jiàn)的作用(yong)，因🈲此，通(tong)過優化(huà)流量計(jì)結😄構來(lai)提高其(qi)計量性(xìng)能，一直(zhí)是流量(liàng)測量領(ling)域的研(yán)究熱點(diǎn)問題。
　　通(tōng)過優化(huà)渦輪流(liu)量計的(de)表體結(jié)構，擴大(da)了流量(liàng)計🌈的測(cè)🤟量範圍(wei)。Svedin［3］研制了(le)靜态葉(ye)輪渦輪(lún)流量計(jì)，降低了(le)流量計(jì)的壓損(sun)。葉輪的(de)多參數(shù)定量優(you)化方法(fa)，針對🐉 15 mm口(kǒu)徑的傳(chuán)感器确(que)定了一(yi)組能夠(gòu)實現黏(nián)度不敏(mǐn)感👄的幾(jǐ)何參數(shu)。郭素娜(nà)等［5］研究(jiū)了✉️葉輪(lun)參數對(duì)渦輪傳(chuan)🔴感器性(xìng)能的🍓影(yǐng)響，确定(ding)了葉片(piàn)切角參(cān)數爲 0． 25 時(shi)傳感🌐器(qì)性能佳(jia)。
前人的(de)工作主(zhǔ)要集中(zhōng)在對葉(ye)輪部分(fen)的優化(huà)，對其它(tā)結構🈲的(de)研究相(xiang)對較少(shǎo)。前導流(liu)器作爲(wei)渦輪流(liú)量計的(de)主要組(zǔ)件之一(yī)，具有整(zheng)形流場(chǎng)、壓縮流(liú)體、導向(xiàng)♻️流動、創(chuàng)造充分(fen)發展的(de)速度分(fèn)布的作(zuo)用。整流(liú)效果直(zhi)接影響(xiǎng)流量計(ji)的品質(zhi)優劣。因(yin)此，前導(dǎo)流器的(de)結構優(you)化對于(yú)提高渦(wo)輪流量(liang)計性能(néng)具有重(zhòng)要意義(yì)。
　　CFD 數值模(mo)拟已經(jīng)成爲預(yù)測傳感(gan)器性能(neng)［6-7］、研究渦(wō)輪流💞量(liang)計内部(bu)流場信(xin)息［8-9］的有(yǒu)效方法(fǎ)。本研究(jiū)以氣體(tǐ)渦輪流(liú)量計前(qian)流器爲(wèi)優化對(dui)象，通過(guò)Fluent 軟件對(duì)不同前(qian)導流器(qi)結構的(de)🐆渦輪流(liu)量計内(nèi)🍓部流場(chǎng)進行仿(páng)真分析(xī)，引入了(le)流場均(jun1)勻性指(zhǐ)數來評(ping)價前導(dao)流器的(de)整流效(xiào)果，給出(chu)⚽了針對(duì)前導流(liu)器部件(jian)的🏒優化(hua)建議，并(bing)🈲且通過(guo)實驗😄驗(yan)證了優(you)化方案(àn)💘。
2 渦輪流(liu)量計簡(jiǎn)介及優(yōu)化評價(jià)指标
2．1 結(jié)構及特(te)征參數(shu)
　　氣體渦(wo)輪流量(liang)計的主(zhu)要組件(jiàn)包括前(qián)導流器(qi)、葉輪、後(hòu)導流件(jian)等，其結(jié)構簡圖(tú)如圖 1 所(suo)示。

　　前導(dao)流器的(de)主要特(te)征參數(shu)有: 導流(liu)器直徑(jìng)、導流體(tǐ)長度🏃🏻、導(dǎo)流🚶器葉(yè)片數目(mù)、導流葉(yè)片長度(du)。
2.2 工作原(yuan)理
　　氣體(ti)渦輪流(liú)量計的(de)工作原(yuan)理: 氣體(tǐ)流過流(liu)量計推(tuī)動渦輪(lun)葉片🏃🏻旋(xuan)轉，葉片(piàn)轉速與(yǔ)流體流(liu)速成正(zhèng)比，通過(guo)測量轉(zhuǎn)速來得(de)到流速(sù)，進而得(de)到管道(dào)内的流(liu)量值。待(dai)測體積(ji)流量 qv與(yu)輸出脈(mo)沖頻率(lǜ) f 的關系(xi)式爲:

式(shi)中: K 指流(liu)量計的(de)儀表系(xi)數。
根據(jù)運動定(dìng)律建立(li)渦輪的(de)運動方(fang)程爲

　　式(shì)中: J 爲渦(wō)輪的轉(zhuǎn)動慣量(liang); ω 爲渦輪(lún)的旋轉(zhuan)角速度(dù)，t 爲時💚間(jian)，Tr爲✨氣流(liu)對葉片(pian)的推動(dong)力矩，Trm爲(wèi)機械摩(mo)擦力矩(jǔ)，Trf爲流動(dòng)阻力矩(jǔ)，Tre爲電磁(ci)阻力矩(ju)。
2.3 優化評(ping)價指标(biāo)
　　本文選(xuǎn)取數值(zhi)模拟過(guò)程中的(de)定性指(zhi)标和實(shi)驗測得(dé)的定量(liàng)㊙️指标作(zuo)爲優化(hua)評價指(zhi)标，從仿(páng)真與實(shi)驗兩方(fang)面綜合(hé)評價優(yōu)♌化結🈚果(guo)。
2．3．1 流場均(jun)勻性指(zhi)數
　　氣體(ti)渦輪流(liu)量計作(zuo)爲速度(du)式流量(liang)計，是在(zai)氣流入(ru)口處接(jiē)近平均(jun)速度輪(lun)廓的條(tiao)件下設(shè)計和标(biāo)定的［10］。要(yao)想達到(dào)正确計(jì)量的目(mu)的，應當(dāng)使葉輪(lún)處氣流(liú)的速度(dù)場盡量(liang)均勻。當(dāng)氣😍體來(lai)流的速(su)度🙇‍♀️場紊(wěn)亂時，氣(qì)流對渦(wō)輪葉片(piàn)的推㊙️動(dong)力矩 Tr随(sui)之紊亂(luàn)，導緻葉(ye)片發🤞生(shēng)震顫，計(ji)量性能(neng)變差，嚴(yán)重時造(zao)成葉片(pian)與輪軸(zhóu)間磨損(sun)失效。而(ér)前導流(liu)器的作(zuo)用就是(shi)整形流(liú)場，使氣(qi)體流速(sù)均🐇勻，故(gu)引入流(liu)場均勻(yun)性指數(shu)作爲優(yōu)化評🔱價(jia)🍉指标。
　　均(jun)勻性指(zhǐ)數 γ［11］描述(shu)了指定(ding)表面上(shang)指定物(wù)理量的(de)變化☀️情(qíng)況，γ 取［0，1］，γ 越(yuè)大表示(shì)均勻性(xing)越好。均(jun)勻性指(zhi)數采用(yong)面積進(jìn)行衡量(liang): 面積加(jia)權均勻(yún)性指數(shù) γα。
面積加(jia)權均勻(yún)性指數(shù)( γα) ，利用下(xià)式進行(hang)計算:

　　從(cong)均勻性(xìng)指數的(de)定義可(ke)以看出(chū)，當指定(ding)物理量(liang)爲速度(dù)時，γα表示(shi)流場速(sù)度分布(bù)均勻性(xing)。面積加(jia)權均勻(yún)性指數(shù)在數值(zhi)模拟中(zhong)均可由(yóu)程序自(zì)身提供(gòng)，這樣大(da)大提高(gāo)了計算(suàn)的便捷(jié)性。因🙇🏻此(ci)，在數值(zhi)模拟中(zhong)用 γα評價(jia)截面的(de)流動均(jun1)🥰勻性具(jù)有明顯(xian)的優勢(shì)。
2．3．2 計量性(xing)能指标(biao)
　　基于氣(qì)體渦輪(lun)流量計(jì)的工作(zuò)原理，依(yī)據渦輪(lún)流量計(jì)的檢♊定(dìng)規程［12］，确(què)定了渦(wō)輪流量(liang)計的計(jì)量性能(neng)指标: 儀(yi)表系數(shu)、線性度(dù)⛱️、重複性(xing)以及壓(yā)力損失(shī)。1) 儀表系(xì)數 K，依據(jù)規程按(àn)下式計(ji)✌️算:

式中(zhong): ( Ki)max、( Ki)min分别指(zhǐ)在整個(ge)流量範(fan)圍内，各(gè)流量點(diǎn)儀表系(xi)數的🍓最(zui)大值和(hé)最小值(zhi)。
2) 重複性(xìng) Er，依據規(guī)程按下(xià)式計算(suàn)：

　　式中: ( Er)i爲(wei)第 i 個流(liú)量點的(de)重複性(xìng)誤差; Eij爲(wei)第i 個流(liú)量點第(di)🔞 j 次測量(liang)的相對(duì)示值誤(wù)差，% ; Ei爲第(di)i 個流量(liang)點的平(ping)均相對(duì)示值♻️誤(wu)差，% 。
　　重複(fú)性是評(píng)價儀器(qi)穩定的(de)重要指(zhǐ)标，重複(fú)性越高(gao)✂️說明流(liú)量計穩(wen)定性越(yue)好。
3) 線性(xing)度 δ，依據(jù)規程按(an)下式計(jì)算:

4) 壓力(li)損失 Δp，依(yi)據規程(chéng)規定爲(wei)流量計(jì)入口上(shang)遊 1DN 和出(chu)口下遊(you) 1DN 的兩❗點(dian)間的壓(yā)力差值(zhi)。較小的(de)壓力損(sǔn)失可💃減(jian)少輸運(yun)氣體的(de)能量消(xiao)耗，降低(di)運輸成(cheng)本。所以(yi)将壓損(sun)作🈚爲優(you)化評價(jià)的❤️一個(ge)重要指(zhǐ)标。

以上(shang)内容來(lái)源于網(wǎng)絡，如有(yǒu)侵權請(qǐng)聯系即(jí)删除!