摘要:運用(yong)數值模拟(ni)和實驗測(ce)試相結合(he)的方法，對(dui)氣體渦輪(lun)流量計
進(jin)行了結構(gou)改進和性(xing)能優化。基(ji)于内部流(liu)體的壓力(li)場和速度(du)場特征分(fen)析,得出了(le)影響流量(liang)計性能的(de)主要結構(gou)爲表芯支(zhi)座和後導(dao)流體,主要(yao)因素爲表(biao)芯支座側(ce)面的壓力(li)梯度驟降(jiang)和後導流(liu)體下遊的(de)尾流耗散(san)。通過對表(biao)芯支座和(he)後導流體(ti)進行結構(gou)優化,流量(liang)計的計量(liang)性能得到(dao)了提升。表(biao)明:結構優(you)化後流量(liang)計的壓力(li)損失在最(zui)大流量下(xia)減小了約(yue)42.61%,最大示值(zhi)誤差降低(di)了22.45%左右，儀(yi)表系數也(ye)更加趨于(yu)恒定。結論(lun)有助于爲(wei)今後開發(fa)性能更好(hao)的氣體渦(wo)輪流量計(ji)提供理論(lun)指導和技(ji)術支持。
氣(qi)體渦輪流(liu)量計是一(yi)種速度式(shi)的流量傳(chuan)感器，具有(you)測量精度(du)高、量程範(fan)圍廣、可靠(kao)性好以及(ji)使用方便(bian)等優點。随(sui)着我國西(xi)氣東輸工(gong)程的全線(xian)貫通，縱橫(heng)交錯的天(tian)然氣管網(wang)使我國形(xing)成世界上(shang)天然氣管(guan)網。氣體渦(wo)輪流量計(ji)被廣泛應(ying)用于天然(ran)氣管網中(zhong)的貿易計(ji)量，市場前(qian)景廣闊。氣(qi)體渦輪流(liu)量計的結(jie)構改進及(ji)其性能優(you)化在流量(liang)計量領域(yu)具有十分(fen)重要的應(ying)用價值與(yu)現實意義(yi)。
将氣體渦(wo)輪流量計(ji)前整流器(qi)的葉片截(jie)取合适切(qie)角，發現當(dang)葉片切角(jiao)參數爲0.25時(shi)流量計的(de)性能最好(hao)。對前整流(liu)器結構進(jin)行分析,得(de)到了流量(liang)計壓力損(sun)失和線性(xing)度誤差均(jun)爲最小時(shi)前整流器(qi)的葉片數(shu)與長度。在(zai)前導流體(ti)研究方面(mian).将前導流(liu)體直徑、前(qian)導流體與(yu)輪毂間距(ju)作爲改進(jin)參數,比較(jiao)了不同結(jie)構參數下(xia)氣體渦輪(lun)流量計的(de)性能指标(biao)。用流線型(xing)前導流體(ti)結構代替(ti)傳統半球(qiu)形前導流(liu)體，使得流(liu)量計的壓(ya)力損失降(jiang)低了近33%。一(yi)種三葉片(pian)長螺旋葉(ye)輪結構，流(liu)量計測量(liang)的重複性(xing)明顯提高(gao),測量的相(xiang)對示值誤(wu)差明顯降(jiang)低。基于響(xiang)應面法和(he)正交試驗(yan)法，得出了(le)影響流量(liang)計性能的(de)葉輪結構(gou)參數順序(xu)爲:葉輪頂(ding)端半徑>葉(ye)輪葉片數(shu)>葉輪輪毂(gu)長度>葉輪(lun)輪毂半徑(jing)。在後導流(liu)體方面，優(you)化了後導(dao)流體的葉(ye)片倒角。發(fa)現流量計(ji)的壓力損(sun)失随着葉(ye)片倒角的(de)增大而增(zeng)加。通過數(shu)值模拟對(dui)流量計内(nei)部的流場(chang)特征進行(hang)分析,發現(xian)後導流體(ti)産生的壓(ya)力損失達(da)到了總壓(ya)力損失的(de)55%。
綜上所述(shu),前人對氣(qi)體渦輪流(liu)量計的研(yan)究主要集(ji)中在葉輪(lun)、前整流器(qi)與前導流(liu)體部分，而(er)對後導流(liu)體與表芯(xin)支座的結(jie)構改進及(ji)其性能優(you)化目前還(hai)較爲少見(jian)。實際上,後(hou)導流體在(zai)流量計中(zhong)對流體起(qi)到穩流和(he)導流的作(zuo)用,表芯支(zhi)座是固定(ding)葉輪的主(zhu)要結構,它(ta)們均會對(dui)流量計的(de)性能産生(sheng)影響。因此(ci),以TM80氣體渦(wo)輪流量計(ji)爲對象,采(cai)用數值模(mo)拟與實驗(yan)測試相結(jie)合的方式(shi),研究流量(liang)計内部的(de)流場特.征(zheng)，提出針對(dui)表芯支座(zuo)和後導流(liu)體的結構(gou)優化方案(an)，進而評估(gu)優化前後(hou)流量計的(de)性能指标(biao),探索出提(ti)高流量計(ji)計量性能(neng)的方法。
1流(liu)量計的物(wu)理模型與(yu)性能指标(biao)
1.1流量計的(de)物理模型(xing)
以氣體渦(wo)輪流量計(ji)爲研究對(dui)象,流量計(ji)的結構主(zhu)要由前整(zheng)流器、前導(dao)流體、葉輪(lun)、表芯支座(zuo)、後導流體(ti)以及殼體(ti)等組成,其(qi)物理模型(xing)如圖1所示(shi)。流量計的(de)前整流器(qi)采用葉栅(shan)結構，葉栅(shan)數爲16;前導(dao)流體由第(di)二級16片葉(ye)栅(與前整(zheng)流器葉栅(shan)呈11.5°夾角)和(he)80mm長的圓柱(zhu)結構組成(cheng);表芯支座(zuo)用于固定(ding)葉輪，葉輪(lun)的葉片數(shu)爲12,螺旋角(jiao)爲45°;後導流(liu)體置于葉(ye)輪之後,用(yong)于穩定出(chu)口處的氣(qi)流。
氣體渦(wo)輪流量計(ji)的工作原(yuan)理爲:被測(ce)氣體從管(guan)道流入流(liu)量計，首先(xian)經過前整(zheng)流器和前(qian)導流體進(jin)行整流,之(zhi)後氣流推(tui)動葉輪使(shi)之産生周(zhou)期性旋轉(zhuan),葉輪轉速(su)與被測流(liu)體的平均(jun)流速成正(zheng)比。葉輪旋(xuan)轉後帶動(dong)磁電轉換(huan)器，使其磁(ci)阻值發生(sheng)變化,在感(gan)應線圈中(zhong)産生周期(qi)性變化的(de)感應電勢(shi),該信号經(jing)放大器放(fang)大後送至(zhi)儀表盤顯(xian)示。
1.2流量計(ji)的性能指(zhi)标
根據氣(qi)體渦輪流(liu)量計檢定(ding)規章《JJG1037-2008》壓力(li)損失、儀表(biao)系數、線性(xing)度誤差等(deng)是衡量氣(qi)體渦輪流(liu)量計計量(liang)性能的重(zhong)要指标。
①壓(ya)力損失
壓(ya)力損失△P表(biao)征流體通(tong)過流量計(ji)的能量損(sun)失,降低壓(ya)力損失能(neng)夠減少流(liu)量計在使(shi)用過程的(de)能耗氣體(ti)通過流量(liang)計的壓力(li)損失計算(suan)公式爲:
式(shi)中:α爲壓力(li)損失系數(shu);ρ爲氣流密(mi)度，單位爲(wei)kg/m3u爲氣流流(liu)速,單位爲(wei)m/s。
②儀表系數(shu)
儀表系數(shu)K是表征流(liu)量計測量(liang)準确度和(he)量程比的(de)關鍵性能(neng)指标。各流(liu)量點的儀(yi)表系數Ki與(yu)待測氣流(liu)體積流量(liang)Qi及流量計(ji)輸出脈沖(chong)頻率ƒ的關(guan)系式爲:
按(an)計量檢定(ding)規章，儀表(biao)系數K可以(yi)由式(3)進行(hang)計算:
式中(zhong):(K)max和(Ki)min分别表(biao)示流量計(ji)在分界流(liu)量maxmin點q,到最(zui)大流量點(dian)qmax範圍内各(ge)個流量檢(jian)定點得到(dao)Ki的最大值(zhi)和最小值(zhi)，單位爲(m3)-1。K越(yue)接近恒定(ding),表示流量(liang)計的測量(liang)穩定性越(yue)高,進行流(liu)量轉換時(shi)的精度也(ye)越高。
③最大(da)示值誤差(cha)E
爲了定量(liang)表征儀表(biao)系數的穩(wen)定性，引入(ru)最大示值(zhi)誤差。根據(ju)計量檢定(ding)規章,最大(da)示值誤差(cha)E可以由式(shi)(4)進行計算(suan):
在量程範(fan)圍内最大(da)示值誤差(cha)越小，表明(ming)流量計的(de)儀表系數(shu)越穩定,線(xian)性度也就(jiu)越好。
2數值(zhi)模拟與實(shi)驗測試方(fang)法
2.1數值模(mo)拟方法
氣(qi)流在氣體(ti)渦輪流量(liang)計内部的(de)流動遵循(xun)流體力學(xue)的基本方(fang)程，即滿足(zu)流體運動(dong)的質量守(shou)恒方程和(he)動量守恒(heng)方程。質量(liang)守恒方程(cheng)和動量守(shou)恒方法表(biao)示爲：
式中(zhong):xi，xi爲空間坐(zuo)标分量，ui，uj爲(wei)流體流動(dong)速度分量(liang):p爲靜壓，pij爲(wei)應力張量(liang)ƒi爲體積力(li)分量。
由于(yu)流量計結(jie)構十分複(fu)雜,氣流在(zai)流量計内(nei)部的運動(dong)往往呈現(xian)湍流狀态(tai)。爲了實現(xian)對湍流的(de)模拟，需要(yao)額外引入(ru)湍流模型(xing)。本文選取(qu)RNGk-ε模型作爲(wei)湍流模型(xing)，其湍流動(dong)能h和耗散(san)率ε的輸運(yun)方程表示(shi)爲:
式中:Gk表(biao)示平均速(su)度梯度所(suo)産生的湍(tuan)流動能.αε，αk分(fen)别表示ε和(he)h的擴散率(lü),C1ε、C2ε爲系數。
由(you)于氣流運(yun)動與葉輪(lun)旋轉存在(zai)相互作用(yong)，需要引入(ru)扭矩模型(xing)根據力矩(ju)平衡原理(li),葉輪旋轉(zhuan)的運動方(fang)程可以表(biao)示爲:
式中(zhong):J爲葉輪慣(guan)性力矩，單(dan)位爲kg·m2;dɷ/dt爲葉(ye)輪角加速(su)度，單位爲(wei)rad/s2;M1爲流體對(dui)葉輪驅動(dong)力矩;M2爲軸(zhou)承摩擦阻(zu)力矩，單位(wei)爲N·m;M3爲黏性(xing)阻力矩，單(dan)位爲N·m;M4爲磁(ci)阻力矩，單(dan)位爲N·m;t爲時(shi)間，單位爲(wei)s。
采用Fluent軟件(jian)求解流量(liang)計内部氣(qi)流的運動(dong)方程。爲了(le)消除管道(dao)進口段效(xiao)應對模拟(ni)結果的影(ying)響，在流量(liang)計的進出(chu)口均增加(jia)了10D的直管(guan)段(D爲機芯(xin)直徑)。由于(yu)給定了流(liu)體的體積(ji)流量,進口(kou)采用速度(du)進口邊界(jie)條件,進口(kou)平均速度(du)通過u=Qv/A确定(ding),方向與進(jin)口直管段(duan)截面垂直(zhi);出口爲大(da)氣壓，壁面(mian)采用無滑(hua)移邊界。爲(wei)了求解葉(ye)輪旋轉運(yun)動方程，把(ba)整個計算(suan)區域分解(jie)爲靜區域(yu)和葉輪旋(xuan)轉的動區(qu)域，動區域(yu)和靜區域(yu)之間采用(yong)多重參考(kao)模型(MRF)耦合(he)葉輪采用(yong)滑移邊界(jie)條件，與旋(xuan)轉區域具(ju)有相同的(de)轉速。葉輪(lun)旋轉區域(yu)與前後靜(jing)區域之間(jian)的表面定(ding)義爲interface邊界(jie),便于與其(qi)他流域進(jin)行信息交(jiao)換。
2.2測試方(fang)法
測試采(cai)用标準表(biao)法氣體流(liu)量标準裝(zhuang)置。實驗裝(zhuang)置主要由(you)羅茨流量(liang)計、氣體渦(wo)輪流量計(ji)、穩壓氣罐(guan)、氣動閥門(men)、氣泵和控(kong)制系統等(deng)組成，如圖(tu)2所示。實驗(yan)通過遠程(cheng)操作PLC設備(bei)，調節氣動(dong)閥門的開(kai)度,實現對(dui)氣體體積(ji)流量的控(kong)制。羅茨流(liu)量計作爲(wei)标準表,其(qi)工作量程(cheng)爲0~250m3/h,流量控(kong)制精度爲(wei)0.5級。氣體渦(wo)輪流量計(ji)作爲待測(ce)流量計，其(qi)測量精度(du)等級爲1級(ji)，工作量程(cheng)爲13m3/h~250m3/h,量程比(bi)爲20:1。差壓計(ji)的兩個.測(ce)壓口分别(bie)安裝在待(dai)測流量計(ji)的前後直(zhi)管段3D處，其(qi)量程範圍(wei)爲土3000Pa.測量(liang)精度等級(ji)爲1級。氣泵(beng)與氣動閥(fa)門相連，能(neng)夠産生相(xiang)對穩定的(de)負壓。根據(ju)國家計量(liang)檢定标準(zhun)，氣體渦輪(lun)流量計需(xu)檢定13m3/h、50m3/h、100m3/h和250m3/h等(deng)特征流量(liang)點。每個流(liu)量點進行(hang)多次測量(liang),實驗結果(guo)得到标準(zhun)表和被測(ce)流量計的(de)壓力損失(shi)、脈沖數、體(ti)積流量以(yi)及單流量(liang)點的測量(liang)時間，數據(ju)處理後得(de)到儀表系(xi)數和最大(da)示值誤差(cha)等指标，進(jin)而評估氣(qi)體渦輪流(liu)量計的計(ji)量性能。
3結(jie)果分析與(yu)讨論
3.1方法(fa)驗證
根據(ju)氣體渦輪(lun)流量計的(de)結構設計(ji)圖紙，運用(yong)SolidWorks軟件對各(ge)部分零件(jian)進行組裝(zhuang)建模，将建(jian)好的模型(xing)導入ANSYSWorkBench進行(hang)網格劃分(fen)。采用分塊(kuai)化方法劃(hua)分網格，直(zhi)管段采用(yong)結構化網(wang)格;由于葉(ye)輪和後導(dao)流體的結(jie)構更爲複(fu)雜,采用非(fei)結構混合(he)網格，并對(dui)其進行細(xi)化處理，最(zui)後進行網(wang)格無關性(xing)驗證，如圖(tu)3所示。當網(wang)格數量爲(wei)580萬與670萬時(shi),兩者的壓(ya)力損失相(xiang)差僅爲21Pa，故(gu)本文選取(qu)580萬網格數(shu)量進行後(hou)面的數值(zhi)模拟研究(jiu)。
爲了驗證(zheng)模拟方法(fa)的可靠性(xing),本文比較(jiao)了氣體渦(wo)輪流量計(ji)在13m3/h~250m3/h範圍内(nei)11個流量點(dian)的壓力損(sun)失,這些流(liu)量點包含(han)了國家計(ji)量檢定标(biao)準的4個特(te)征流量點(dian),符合實際(ji)的流量檢(jian)測要求。由(you)圖4可知:在(zai)全量程範(fan)圍内，流量(liang)計壓力損(sun)失的模拟(ni)結果與實(shi)驗結果十(shi)分吻合,誤(wu)差僅在0~6%範(fan)圍内波動(dong),證實了所(suo)采用的數(shu)值模拟方(fang)法和實驗(yan)測試方法(fa)的可靠性(xing)和準确性(xing),爲後面流(liu)量計的結(jie)構改進和(he)性能優化(hua)奠定了基(ji)礎。
3.2流量計(ji)内部特征(zheng)分析
爲了(le)獲得氣體(ti)渦輪流量(liang)計結構改(gai)進思路，首(shou)先對優化(hua)前流量計(ji)内部流場(chang)進行數值(zhi)模拟。通過(guo)在葉輪旋(xuan)轉中心截(jie)取水平剖(pou)面，得到流(liu)場的壓力(li)場和速度(du)場雲圖。本(ben)文選取流(liu)量點50m3/h、250m3/h作爲(wei)分析對象(xiang),對流量計(ji)内部的流(liu)場特征進(jin)行定量研(yan)究。
由圖5(a)可(ke)知:當流量(liang)爲50m3/h時，流量(liang)計進出口(kou)的總壓力(li)損失約爲(wei)71.4Pa。由于受到(dao)前整流器(qi)和前導流(liu)體的阻擋(dang)作用，前導(dao)流體迎風(feng)面壓力梯(ti)度與流動(dong)方向相反(fan),邊界層發(fa)生分離現(xian)象,造成能(neng)量損失。在(zai)表芯支座(zuo)側面,壓力(li)從35.7Pa急劇減(jian)至13.2Pa;在近壁(bi)面處出現(xian)了負壓區(qu)，導緻氣流(liu)運動紊亂(luan)。流量計的(de)出口處出(chu)現了明顯(xian)的負壓區(qu)，最大負壓(ya)值約爲-14.5Pa,此(ci)處壓力梯(ti)度與流體(ti)流動方向(xiang)相反，且等(deng)壓線分布(bu)混亂，流場(chang)壓力分布(bu)非常不均(jun)勻,大大增(zeng)加了流動(dong)的能量損(sun)失。
由圖5(b)可(ke)知:流體經(jing)過表芯支(zhi)座時，流道(dao)截面突縮(suo)，流體速度(du)從2.95m/s迅速增(zeng)至7.9m/s。由于表(biao)芯支座結(jie)構的特殊(shu)性,經過的(de)流體無法(fa)以垂直角(jiao)度沖擊葉(ye)輪,使得用(yong)葉輪轉速(su)計算得到(dao)的流量與(yu)實際流量(liang)存在較大(da)偏差，降低(di)了流量計(ji)的精度。流(liu)體流出葉(ye)輪後,由于(yu)後導流體(ti)直徑大于(yu)葉輪輪毂(gu)直徑，流道(dao)截面繼續(xu)縮小,氣流(liu)速度繼續(xu)增加。後導(dao)流體出口(kou)處速度梯(ti)度大，當流(liu)體有旋運(yun)動與壁面(mian)分離時，出(chu)現了明顯(xian)的回流現(xian)象和尾迹(ji)區域。受流(liu)體粘性的(de)影響，尾迹(ji)中旋渦的(de)動能逐漸(jian)轉換成熱(re)能進一步(bu)耗散,增加(jia)了能量損(sun)失。
圖5(c,d)表示(shi)流量爲250m3/h時(shi)流量計内(nei)部流體的(de)壓力雲圖(tu)和速度雲(yun)圖。随着流(liu)量的增加(jia),流量計内(nei)部流體的(de)湍流性質(zhi)更加明顯(xian)。流量計的(de)壓力損失(shi)明顯增加(jia),壓力損失(shi)約爲1390.5Pa。此時(shi),表芯支座(zuo)處的壓力(li)梯度變化(hua)更加明顯(xian);後導流體(ti)下遊區域(yu)的流場更(geng)加紊亂，回(hui)流現象加(jia)劇，尾迹範(fan)圍明顯擴(kuo)大。
上述模(mo)拟結果給(gei)予我們重(zhong)要提示:表(biao)芯支座和(he)後導流體(ti)的結構對(dui)流量計性(xing)能的影響(xiang)非常明顯(xian)，可以通過(guo)改進表芯(xin)支座和後(hou)導流體的(de)結構達到(dao)提高流.量(liang)計性能的(de)目的。在表(biao)芯支座的(de)優化中，可(ke)以從減少(shao)側面區域(yu)壓力梯度(du)驟變的角(jiao)度考慮。在(zai)後導流體(ti)的優化中(zhong),可以從穩(wen)定流場、減(jian)弱回流，縮(suo)小負壓區(qu)和尾迹範(fan)圍的方向(xiang)思考。
3.3流量(liang)計結構改(gai)進方案
基(ji)于流量計(ji)流場特征(zheng)的分析,将(jiang)原來的表(biao)芯支座和(he)後導流體(ti)結構進行(hang)改進設計(ji)。首先，表芯(xin)支座迎風(feng)面一側的(de)直徑從64mm縮(suo)減至50mm,如圖(tu)6(a-b)所示,運用(yong)所形成的(de)18.5°坡度來減(jian)緩流體的(de)壓力梯度(du)變化，從而(er)減少流量(liang)計的壓力(li)損失。其次(ci).對後導流(liu)體的直徑(jing)進行縮減(jian)，如圖6(d)~圖6(e)所(suo)示，直徑從(cong)原來的66mm減(jian)至62mm,以減小(xiao)對流出葉(ye)輪流體的(de)阻礙。最後(hou),運用3D打印(yin)技術，制作(zuo)優化後的(de)表芯支座(zuo)和後導流(liu)體模型成(cheng)品，如圖6(c)、圖(tu)6(f)所示。
3.4流量(liang)計性能指(zhi)标評價
爲(wei)驗證改進(jin)方案的可(ke)行性，對改(gai)進模型進(jin)行仿真，從(cong)流場的角(jiao)度分析其(qi)優化效果(guo)。流量點同(tong)樣選取50m3/h、250m3/h作(zuo)爲分析對(dui)象，流量計(ji)内部流場(chang)特征如圖(tu)7所示。從結(jie)構整體優(you)化的模拟(ni)結果可以(yi)看出:由于(yu)改變了表(biao)芯支座的(de)坡度使得(de)氣流更加(jia)平緩，其迎(ying)風面高壓(ya)區減小，側(ce)面的負壓(ya)區消失,壓(ya)力梯度驟(zhou)變的情況(kuang)得到緩解(jie);後導流體(ti)下遊區域(yu)流場紊亂(luan)的現象也(ye)得到明顯(xian)改善，壓力(li)分布變得(de)更均勻;尾(wei)迹區域的(de)面積減小(xiao),尾迹耗散(san)引起的能(neng)量降低;流(liu)量計出口(kou)處的壓力(li)梯度變化(hua)更均勻,後(hou)導流體的(de)導流效果(guo)明顯提升(sheng);總壓，力損(sun)失明顯降(jiang)低,在50m3/h流量(liang)點降低了(le)約46.2%,在250m3/h流量(liang)點降低了(le)約45.8%。
爲進一(yi)步驗證結(jie)構改進效(xiao)果，用優化(hua)後的表芯(xin)支座和後(hou)導流體成(cheng)品模型代(dai)替原模型(xing)中的表芯(xin)支座和後(hou)導流體結(jie)構，安裝進(jin)氣體渦輪(lun)流量計進(jin)行實驗測(ce)試。根據《渦(wo)輪流量計(ji)檢定規章(zhang)》,通過重複(fu)實驗獲得(de)多組實驗(yan)數據,數據(ju)處理後得(de)到流量計(ji)的壓，力損(sun)失、儀表系(xi)數、最大示(shi)值誤差等(deng)性能指标(biao)，進而評價(jia)流量計的(de)結構優化(hua)效果及其(qi)計量性能(neng)。表1所示爲(wei)實驗測試(shi)的數據處(chu)理結果。
首(shou)先,對結構(gou)優化前後(hou)流量計壓(ya)力損失的(de)實驗結果(guo)進行分析(xi)。圖8表示原(yuan)模型、優化(hua)表芯支座(zuo)模型、優化(hua)後導流體(ti)模型，以及(ji)整體優化(hua)模型的壓(ya)力損失随(sui)着流量變(bian)化的規律(lü)。随着流量(liang)的增大，所(suo)有流量計(ji)模型的壓(ya)力損失均(jun)呈明顯增(zeng)大趨勢。兩(liang)個結構優(you)化方案均(jun)對壓力損(sun)失的降低(di)起到了作(zuo)用，當流量(liang)爲250m3/h時，整體(ti)優化模型(xing)将壓力損(sun)失降低至(zhi).749.8Pa,降低幅度(du)約42.6%,有效地(di)減少流量(liang)計在使用(yong)過程的能(neng)耗，提高了(le)流量計的(de)性能。
根據(ju)實驗測試(shi)數據,運用(yong)式(2)、式(3)，計算(suan)得到了流(liu)量計的儀(yi)表系數K。圖(tu)9所示爲結(jie)構優化前(qian)後流量計(ji)儀表系數(shu)随着流量(liang)的變化規(gui)律。在小流(liu)量情況下(xia)(0~50m3/h),儀表系數(shu)起伏很明(ming)顯,這主要(yao)由于流量(liang)計受葉輪(lun)慣性力、流(liu)體阻力以(yi)及機械阻(zu)力等因素(su)的影響而(er)造成;相對(dui)而言整體(ti)優化模型(xing)的儀表系(xi)數較好。在(zai)大流量情(qing)況下(50m3/h~250m3/h)，四個(ge)模型的儀(yi)表系數都(dou)較爲平整(zheng);相對于原(yuan)模型,三種(zhong)優化模型(xing)的儀表系(xi)數都更趨(qu)于恒定,這(zhe)表明優化(hua)表芯支座(zuo)和後導流(liu)體結構可(ke)以提高流(liu)量計測量(liang)的精度。
爲(wei)了定量表(biao)征儀表系(xi)數的穩定(ding)性，根據式(shi)(4)，文章計算(suan)得到了流(liu)量計的最(zui)大示值誤(wu)差。由表1可(ke)知:優化後(hou)導流體後(hou)流量計的(de)最大示值(zhi)誤差降至(zhi)0.242%，降低了約(yue)17.7%。優化表芯(xin)支座不能(neng)明顯降低(di)流量計的(de)最大示值(zhi)誤差，其線(xian)性度誤差(cha)約爲0.283%。在同(tong)時優化表(biao)芯支座和(he)後導流體(ti)的情況下(xia)，最大示值(zhi)誤差明顯(xian)減小，降幅(fu)約爲22.45%。這表(biao)明本文所(suo)提出的優(you)化方案可(ke)以明顯提(ti)升流量計(ji)儀表系數(shu)的穩定性(xing)。
結論
采用(yong)CFD數值模拟(ni)方法，氣體(ti)渦輪流量(liang)計内部的(de)流場特征(zheng)，進而提出(chu)了關于流(liu)量計表芯(xin)支座和後(hou)導流體的(de)結構優化(hua)方案。基于(yu)标準表法(fa)實驗測試(shi)技術，比較(jiao)分析了結(jie)構優化前(qian)後流量計(ji)的壓力損(sun)失、儀表系(xi)數以及線(xian)性度誤差(cha)等性能指(zhi)标。研究結(jie)果如下:
①數(shu)值結果表(biao)明:表芯支(zhi)座側面的(de)壓力梯度(du)驟變和後(hou)導流體尾(wei)部的回流(liu)和尾流特(te)征是影響(xiang)氣體渦輪(lun)流量計性(xing)能的主要(yao)因素。
②實驗(yan)結果表明(ming):對表芯支(zhi)座和後導(dao)流體結構(gou)單獨優化(hua)後，氣體渦(wo)輪流量計(ji)的壓力損(sun)失分别降(jiang)低約24.2%和17.8%、最(zui)大示值誤(wu)差分别降(jiang)低約17.7%和3.7%。
③對(dui)表芯支座(zuo)和後導流(liu)體整體優(you)化後,氣體(ti)渦輪流量(liang)計的性能(neng)得到了進(jin)一步提高(gao)，總的壓力(li)損失降低(di)約43.61%,總的最(zui)大示值誤(wu)差減小約(yue)22.45%
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