1 引 言
　　氣(qi)體渦輪流量計 是(shì)一種速度式流量(liang)計，具有重複性好(hao)、量程範圍寬、适應(ying)性強、輸出脈沖信(xìn)号等特點，近年來(lái)已在石油、化工和(hé)天然氣🆚等領域獲(huo)🥰得了廣泛應用。流(liu)量計的性能對工(gōng)業發展有着關鍵(jiàn)的作用，因此，通過(guò)優化流量計結構(gou)來提高其計量性(xing)能，一直是🌈流量測(cè)量🈲領域的研究熱(rè)點問題。
　　通過優化(hua)渦輪流量計的表(biao)體結構，擴大了流(liú)量計的測量範圍(wéi)。Svedin［3］研制了靜态葉輪(lun)渦輪流量計，降低(dī)了流量計的壓損(sun)。葉輪的多參數定(dìng)量優化方法，針對(dui) 15 mm口徑的傳感器确(què)定了一組能夠實(shi)現黏度不敏感的(de)幾何參數。郭素娜(nà)等［5］研究了葉輪參(can)數對渦輪傳♊感器(qi)性能的影響，确定(dìng)了葉片切角參數(shù)爲 0． 25 時傳感器性能(neng)佳。
前人的工作主(zhǔ)要集中在對葉輪(lun)部分的優化，對其(qí)它結構的研究相(xiàng)對較少。前導流器(qì)作爲渦輪流量計(jì)的主要組件之一(yi)，具有整形流場、壓(ya)縮流體、導向流動(dòng)、創造充分發展的(de)速度分布的作✨用(yong)。整流效果直接影(yǐng)響流量計的品質(zhi)優劣。因此，前導🤟流(liu)器的結🏃構優化對(duì)于㊙️提高渦輪流量(liàng)計性能具有重要(yào)意義👣。
　　CFD 數值模拟已(yǐ)經成爲預測傳感(gǎn)器性能［6-7］、研究渦輪(lún)流量計❤️内部流場(chang)信息［8-9］的有效方法(fǎ)。本研究以氣體渦(wo)🐆輪流量計👌前流器(qì)爲優化對象，通過(guò)Fluent 軟件對不同前導(dao)流器結構的渦輪(lun)流量計内部流場(chang)進行仿真分析，引(yǐn)入了流場均勻性(xing)指數來評價前導(dao)流器的整流效果(guǒ)，給出了針對前導(dao)流器部件的優化(hua)建議，并💜且通過實(shi)驗🔞驗💚證了優化方(fāng)案。
2 渦輪流量計簡(jiǎn)介及優化評價指(zhǐ)标
2．1 結構及特征參(can)數
　　氣體渦輪流量(liàng)計的主要組件包(bāo)括前導流器、葉輪(lún)、後導流件等，其結(jie)構簡圖如圖 1 所示(shi)。

　　前導(dao)流器的主要特征(zhēng)參數有: 導流器直(zhí)徑、導流體長度、導(dǎo)流器葉片數目、導(dao)流葉片長度。
2.2 工作(zuo)原理
　　氣體渦輪流(liú)量計的工作原理(lǐ): 氣體流過流量計(jì)推動渦輪♈葉片🔆旋(xuán)轉，葉片轉速與流(liú)體流速成正比，通(tōng)過測量轉👨‍❤️‍👨速來得(dé)到流速，進而得到(dào)管道内的流量值(zhí)。待測體積流量 qv與(yǔ)輸出脈沖頻率 f 的(de)關系式爲:

式中: K 指(zhǐ)流量計的儀表系(xì)數。
根據運動定律(lü)建立渦輪的運動(dong)方程爲

　　式中: J 爲渦(wo)輪的轉動慣量; ω 爲(wèi)渦輪的旋轉角速(su)度，t 爲時間，Tr爲🆚氣流(liu)對葉片的推動力(lì)矩，Trm爲機械摩擦力(li)矩，Trf爲流💰動阻力矩(ju)，Tre爲電磁阻力矩。
2.3 優(you)化評價指标
　　本文(wén)選取數值模拟過(guo)程中的定性指标(biao)和實驗測得的🥰定(ding)量指标作爲優化(hua)評價指标，從仿真(zhēn)與實驗兩方面綜(zong)合評價優化結果(guo)。
2．3．1 流場均勻性指數(shù)
　　氣體渦輪流量計(ji)作爲速度式流量(liàng)計，是在氣流入口(kǒu)處接近😍平均速度(du)輪廓的條件下設(she)計和标定的［10］。要想(xiǎng)達到正确📱計量的(de)目的，應當使葉輪(lun)處氣流的🐪速度場(chǎng)盡量均勻。當氣體(ti)來流的速度場紊(wen)亂時，氣流對渦輪(lún)葉片的推👌動力矩(jǔ) Tr随之紊亂，導緻葉(yè)片發生震顫，計量(liàng)性能變差，嚴重時(shi)造成葉片與輪軸(zhóu)間磨損失效。而🔞前(qian)導流器的作用就(jiu)是整形流場，使氣(qi)體流速均勻，故引(yǐn)入流場🙇🏻均勻性指(zhǐ)數作爲優化評價(jia)指标。
　　均勻性指數(shù) γ［11］描述了指定表面(miàn)上指定物理量的(de)變化情況，γ 取［0，1］，γ 越大(dà)表示均勻性越好(hǎo)。均勻性指數采用(yong)面積進行衡量: 面(miàn)積😘加權🚶均勻性指(zhi)數 γα。
面積加權均勻(yún)性指數( γα) ，利用下式(shi)進行計算:

　　從均勻(yún)性指數的定義可(ke)以看出，當指定物(wù)理量爲速度時，γα表(biao)☁️示流場速度分布(bù)均勻性。面積加權(quan)均勻性指數在數(shu)值模拟⚽中均可由(you)程序自身提供，這(zhe)樣大大提高了計(jì)算的便捷性。因此(cǐ)，在數值模拟中用(yòng) γα評價截面的流動(dong)均勻性具有明顯(xiǎn)的優勢。
2．3．2 計量性能(neng)指标
　　基于氣體渦(wo)輪流量計的工作(zuò)原理，依據渦輪流(liú)量計的💋檢💞定規😘程(chéng)［12］，确定了渦輪流量(liàng)計的計量性能指(zhi)标: 儀表系數、線性(xìng)度、重複性以及壓(ya)力損失。1) 儀表系數(shù) K，依據規程按下式(shi)計算:

式中: ( Ki)max、( Ki)min分别指(zhǐ)在整個流量範圍(wei)内，各流量點儀表(biǎo)系數⭐的最大值和(he)最小值。
2) 重複性 Er，依(yī)據規程按下式計(ji)算：

　　式中: ( Er)i爲第 i 個流(liú)量點的重複性誤(wù)差; Eij爲第i 個流量點(diǎn)第🤟 j 次測♍量的✉️相對(duì)示值誤差，% ; Ei爲第i 個(ge)流量點的平均相(xiàng)對示值誤差，% 。
　　重複(fu)性是評價儀器穩(wěn)定的重要指标，重(zhong)複性越高✌️說明流(liu)量計穩定性越好(hǎo)。
3) 線性度 δ，依據規程(cheng)按下式計算:

4) 壓力(li)損失 Δp，依據規程規(gui)定爲流量計入口(kǒu)上遊 1DN 和出口下遊(you)👄 1DN 的兩點間的壓力(lì)差值。較小的壓力(lì)損失可減少輸運(yun)氣體🐪的能量消耗(hào)，降低運輸成本。所(suo)以将壓損作爲優(you)化評價的一個重(zhòng)要指标。

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