在天然氣的采集、處理、儲存、運(yun)輸(shu)和(he)分(fen)配(pei)過(guo)程(cheng)中(zhong)

，需(xu)要(yao)數(shu)以(yi)百(bai)萬(wan)計(ji)的(de)流(liu)量(liang)計(ji)，它(ta)既(ji)是(shi)天(tian)然(ran)氣(qi)供(gong)需(xu)雙(shuang)方(fang)貿(mao)易(yi)結(jie)算(suan)的(de)依(yi)據(ju)，也(ye)是(shi)生(sheng)產(chan)部(bu)門(men)用(yong)氣(qi)效(xiao)率(lv)的(de)主(zhu)要(yao)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)，因(yin)此(ci)對(dui)流(liu)量(liang)計(ji)測(ce)量(liang)準(zhun)確(que)度(du)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)有(you)很(hen)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。 氣體渦輪流量計屬於速度式流量計，是應用於燃氣貿易計量的三大流量儀表之一。由於具有重複性好

、量程範圍寬、適應性強、精度高
、對流量變化反應靈敏
、輸出脈衝信號、複現性好和體積小等特點，氣體渦輪流量計近年來已在石油、化工和天然氣等領域獲得廣泛的應用。
   隨著渦輪流量計zaiguandaojilianglingyudeguangfanshiyong
，tianranqiguandaoshusongguochengzhongdenenghaochengweiburonghushidewenti
，ertianranqiguandaoshusongguochengzhongdeyalisunshishichanshengnengyuanxiaohaodezhuyaoyuanyinzhiyi。weibaozhengtianranqinengshunlishusongzhiyonghuduan，jiuxuyaotigaogeyaqizhandeshusongyalibingjinliangjianshaoguandaoshusongguochengzhongdeyalisunshi，ergejiguandaoshangdejiliangliuliangjisuozaochengdeyalisunshizhanyouhendabizhong。yinci，qitiwolunliuliangjideyalisunshiyanjiuduijienengjianpaihetuidongwoguoranqijiliangyibiaochanyedefazhanjuyoujiaohaodetuidongzuoyong。
   近年來，越來越多的學者采用數值模擬仿真方法對渦輪流量計進行研究，如XU、LIU、 等學者均通過數值計算形式模擬流量計內部流動
，並與實驗比較驗證了模擬結果的正確性。應用S－A、標準k－ε、RNGk－ε、Realizable　k－ε和標準k－ω這5zhongtuanliumoxingduiwolunliuliangjijinxingsanweishuzhimoni，bingjiangyingyonggetuanliumoxingdechudefangzhenyibiaoxishuyushiliubiaodingzhijinxingduibihefenxi
，zheduishuzhimonijisuanxuanqutuanliumoxinggeichuleyidingcankao。
   目前，渦輪流量計的優化主要通過改良其導流件、葉輪
、軸承
、非磁電信號檢出器等部件的結構尺寸和加工工藝，來改善流量計測量氣體、高粘度流體和小流量時的特性。對降低渦輪流量傳感器粘度變化敏感度進行了研究。SUN等采用了Standard　k－ε湍流模型數值模擬口徑為15mm的渦輪流量計的內部流動
，結果表明壓力損失受到前端和後端形狀
、導流體半徑、導流體的導流片和渦輪葉片厚度的影響.雖(sui)然(ran)對(dui)氣(qi)體(ti)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)計(ji)的(de)流(liu)動(dong)進(jin)行(xing)實(shi)驗(yan)測(ce)量(liang)和(he)數(shu)值(zhi)計(ji)算(suan)，發(fa)現(xian)前(qian)導(dao)流(liu)器(qi)的(de)結(jie)構(gou)變(bian)化(hua)對(dui)後(hou)麵(mian)各(ge)部(bu)件(jian)內(nei)的(de)氣(qi)體(ti)流(liu)動(dong)速(su)度(du)梯(ti)度(du)和(he)壓(ya)力(li)恢(hui)複(fu)也(ye)有(you)明(ming)顯(xian)影(ying)響(xiang)，使(shi)總(zong)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)進(jin)一(yi)步(bu)放(fang)大(da)或(huo)減(jian)小(xiao)，但(dan)對(dui)流(liu)量(liang)計(ji)的(de)其(qi)它(ta)部(bu)件(jian)未(wei)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。本(ben)文(wen)將(jiang)對(dui)一(yi)種(zhong)型(xing)號(hao)氣(qi)體(ti)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)計(ji)各(ge)部(bu)件(jian)的(de)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)與(yu)流(liu)量(liang)的(de)關(guan)係(xi)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu)，以(yi)提(ti)出(chu)其(qi)優(you)化(hua)思(si)路(lu)。
1 渦輪流量計的基本結構及工作原理
   本文采用80mm口徑氣體渦輪流量計作為研究對象，對其進行內部流道的壓力損失數值模擬。
   氣體渦輪流量計結構示意圖如圖1。氣體渦輪流量計實物如圖2，其中圖2（a）為渦輪流量計實物圖，圖2（b）為渦輪流量計機芯葉輪實物圖。


   qitiwolunliuliangjideyuanlishi
，qitiliuguoliuliangjituidongwolunyepianxuanzhuan
，liyongzhiyuliutizhongdeyelundexuanzhuanjiaosuduyuliutiliusuchengbilideguanxi，tongguoceliangyelunzhuansulaidedaoliutiliusu，jinerdedaoguandaoneideliuliangzhi。wolunliuliangjishuchudemaichongpinlvf與所測體積流量qv成正比，即

式（1）中：k—流量計的儀表係數。
根據運動定律可以寫出葉輪的運動方程為

式（2）中：J—葉輪的轉動慣量；t—時間
；ω—葉輪的轉速
；Tr—推動力矩
；Trm—機械摩擦阻力矩；Trf—流動阻力矩；Tre—電磁阻力矩。
2 計算模型
2.1 數學模型
   設定渦輪流量計數值模擬的工作介質為空氣，流動處於湍流流動，數值模擬湍流模型采用Realizable K－ε模型
，該模型適用於模擬計算旋轉流動、強逆壓梯度的邊界層流動
、流動分離和二次流等
，其模型方程表示為：
——各向流速平均值；a—聲速；μ—動力粘性係數；υ—運動粘性係數；K—湍流動能；ε—湍流耗散率
；βT—膨脹係數

；ωk—角速度； —時均轉動速率張量；如不考慮浮力影響Gb＝0，如流動不可壓縮， ＝0，YM＝0。
2.2 流體區域網格劃分
   使用Solidworks三維設計軟件依照實物尺寸對渦輪流量計各部件進行建模及組裝
，簡化主軸、取壓孔和加油孔等對流體區域影響較小的部分。
   先對機芯部分做布爾運算得到純流體區域，然後對葉輪外加包絡體形成旋轉區域，在機芯進出口前後均加上15倍機芯口徑的直管段
，以保證進出口流動為充分發展湍流。
   全部流體區域包括前後直管段
、葉輪包絡體以及機芯部分的流體區域。用Gambitruanjianduisanweimoxingjinxingwanggehuafen，duiliutiquyuzhongdexiaomianhejianjiaodengnanyishengchengwanggedebufenjinxingyouhuahejianhuachuli，liutiquyushiyongfeijiegouhuahunhewangge

，bingduijixinliudaoneiyelundengliudongqingkuangjiaofuzaquyujinxinglejubujiami，rutu3。其中圖3（a）為機芯流體區域網格圖

，圖3（b）為葉輪網格圖，整體網格總數量約230萬。

2.3 數值模擬仿真條件設置
   數值計算時
，為方便模擬結果與實驗結果的對比，環境溫度
、濕度和壓力設置與實驗工況相同

，流體介質選擇空氣，空氣的密度ρ和動力粘度η根據Rasmussen提出的計算規程擬合推導出的簡化公式（5）和（6）計算獲得：
式（5）（6）中：T—溫度；P—壓力；H—濕度。
   求解器采用分離、隱式
、穩態計算方法，湍流模型選擇Realizable　k－ε湍流模型
，壓力插值選擇Body force weighted格式，湍流動能、湍流耗散項和動量方程均采用二階迎風格式離散，壓力與速度的耦合采用SIMPLEC算法求解，其餘設置均采用Fluent默認值。
   計算區域管道入口采用速度入口邊界條件
，速度方向垂直於入口直管段截麵.出口邊界條件采用壓力出口。葉輪包絡體設置為動流動區域，其餘為靜流動區域，采用interface邊界條件作為分界麵，對於旋轉部分和靜止部分之間的耦合采用多重參考坐標模型（MRF）。葉輪采用滑移邊界條件且相對於附近旋轉流體區域速度為零。葉輪轉速是通過使用FLUENT軟件中的TurboTopol－ogy與Turbo　Report功能，不斷調整葉輪轉速
，觀察葉輪轉速是否達到力矩平衡來確定的。
3 數值模擬結果分析
   在流量計流量範圍內選取了13m3/h、25m3/h
、62.5m3/h
、100m3/h、175m3/h、250m3/h這6個流量點進行同工況環境數值模擬，得到氣體渦輪流量計的內部流場和壓力分布等數據。進口橫截麵取於前整流器前10mm處，出口橫截麵取於後導流體後10mm處。計算渦輪流量計進出口橫截麵上的壓力差
，即得到流量計的壓力損失。
圖4為流量與壓力損失之間的關係曲線，圖中實驗值是在工況條件下使用音速噴嘴法氣體流量標準裝置測得。

   根據圖4中壓力損失隨流量的變化趨勢
，可以將流量與壓力損失之間的關係擬合曲線為二次多項式
，其表達式為

   這與流量計的壓力損失計算公式（8）趨(qu)勢(shi)相(xiang)符(fu)，均(jun)為(wei)二(er)次(ci)函(han)數(shu)，且(qie)數(shu)值(zhi)模(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)與(yu)實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)吻(wen)合(he)得(de)較(jiao)好(hao)，說(shuo)明(ming)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)計(ji)的(de)內(nei)部(bu)流(liu)場(chang)數(shu)值(zhi)模(mo)擬(ni)方(fang)法(fa)及(ji)結(jie)果(guo)是(shi)可(ke)行(xing)且(qie)可(ke)靠(kao)的(de)。流(liu)量(liang)計(ji)的(de)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)為(wei)

式（8）中：ΔP—壓力損失
；α—壓力損失係數；υ—管道平均流速。
   以流量Q＝250m3/h的數值模擬計算結果為例進行渦輪流量計內部流場及壓力場的分析.圖5為渦輪流量計軸向剖麵靜壓分布圖.前導流器前後的壓力場分布較均勻且壓力梯度較小，在機芯殼體與葉輪支座連接凸台處壓力有所增加，連接麵後壓力又逐漸減小.故gu認ren為wei流liu體ti流liu經jing葉ye輪lun支zhi座zuo產chan生sheng壓ya力li損sun失shi的de主zhu要yao原yuan因yin是shi連lian接jie處chu存cun在zai凸tu台tai
，導dao致zhi流liu場chang出chu現xian較jiao大da變bian化hua
，不bu能neng平ping滑hua過guo渡du，建jian議yi將jiang葉ye輪lun支zhi座zuo與yu機ji芯xin殼ke體ti的de連lian接jie改gai為wei圓yuan弧hu線xian型xing或huo流liu線xian型xing。
   觀察圖5和圖6，當dang流liu體ti流liu經jing葉ye輪lun從cong後hou導dao流liu器qi流liu出chu渦wo輪lun流liu量liang計ji時shi，壓ya力li梯ti度du變bian化hua明ming顯xian
，存cun在zai負fu壓ya區qu域yu並bing造zao成cheng很hen大da的de壓ya降jiang

，在zai後hou導dao流liu器qi凸tu台tai及ji流liu量liang計ji出chu口kou處chu速su度du變bian化hua明ming顯xian
，由you於yu氣qi流liu通tong過guo後hou導dao流liu器qi後hou流liu道dao突tu擴kuo，在zai後hou導dao流liu器qi背bei麵mian形xing成cheng明ming顯xian的de低di速su渦wo區qu，產chan生sheng了le漩xuan渦wo二er次ci流liu。

   結合圖7、圖8liuliangjizhouxiangpoumianhechukouhengjiemiandezongyajisudufenbutu
，qisudufenbuyuyalifenbuxiangsi，liuliangjiliudaoneisudufenbujiaojunyundequyuqiyalitidubianhuayejiaoxiao
，jiliudaoneisududefenbuhebianhuayuyalisunshidaxiaoxiangguan。youliuliangjizhouxiangpoumianhechukouhengjiemiandesudujiyalifenbutukeyikanchu，liuliangjihoudaoliuqichuchanshengdexuanwoerciliuyingxianglechukouhengjiemianchudesudujiyalifenbu


   流(liu)量(liang)計(ji)各(ge)部(bu)件(jian)的(de)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)隨(sui)流(liu)量(liang)變(bian)化(hua)的(de)趨(qu)勢(shi)與(yu)流(liu)量(liang)計(ji)總(zong)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)隨(sui)流(liu)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)趨(qu)勢(shi)相(xiang)同(tong)
，其(qi)擬(ni)合(he)公(gong)式(shi)為(wei)係(xi)數(shu)不(bu)同(tong)的(de)二(er)次(ci)多(duo)項(xiang)式(shi)。各(ge)部(bu)件(jian)的(de)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)與(yu)流(liu)量(liang)呈(cheng)二(er)次(ci)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)，隨(sui)著(zhe)流(liu)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)。

   觀察圖10各部件壓力損失百分比圖，可見前整流器、前導流器和機芯殼體處的壓力損失很小，葉輪支座處壓力損失約占總壓力損失的1/4。qianzhengliuqisuozhanyalisunshibilizaigeliuliangdianjibenbaochibubian，qiandaoliuqihejixinketichudeyalisunshisuiliuliangdezengjiaqibililveyoujiangdi
，yelunzhizuochuyalisunshisuiliuliangdezengjiaqibililveyouzengjia，danzongtishangshouliuliangyingxiangbuda。yelunchudeyalisunshisuiliuliangcong13m3/h增加至250m3/h，其比例從15.88%降至8.71%，降幅明顯.後導流器處的壓力損失占總壓力損失的大半，隨著流量從13m3/h增加至250m3/h其壓力損失比例由43.77%升至55.83%
，增幅明顯。總之


，後導流器

、葉輪支座和葉輪是流體流經渦輪流量計產生壓力損失的主要影響部件
，可通過優化其結構以降低渦輪流量計的總壓力損失。

4 結語
   本文采用Fluent軟件對一口徑為80mm的渦輪流量計內部進行了數值模擬計算，分析內部流場、壓力場及各部件產生的壓力損失，得出以下結論：
1）漩(xuan)渦(wo)二(er)次(ci)流(liu)是(shi)產(chan)生(sheng)能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)，故(gu)建(jian)議(yi)對(dui)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)計(ji)葉(ye)輪(lun)支(zhi)座(zuo)及(ji)後(hou)導(dao)流(liu)器(qi)進(jin)行(xing)幾(ji)何(he)參(can)數(shu)的(de)優(you)化(hua)


，將(jiang)其(qi)凸(tu)台(tai)邊(bian)緣(yuan)改(gai)為(wei)流(liu)線(xian)型(xing)以(yi)減(jian)少(shao)。流(liu)道(dao)突(tu)擴(kuo)的(de)影(ying)響(xiang)，減(jian)少(shao)後(hou)導(dao)流(liu)器(qi)葉(ye)片(pian)厚(hou)度(du)並(bing)增(zeng)加(jia)其(qi)長(chang)度(du)及(ji)數(shu)量(liang)以(yi)減(jian)弱(ruo)氣(qi)體(ti)螺(luo)旋(xuan)狀(zhuang)流(liu)動(dong)，減(jian)弱(ruo)漩(xuan)渦(wo)二(er)次(ci)流(liu)，達(da)到(dao)降(jiang)低(di)流(liu)量(liang)計(ji)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)的(de)目(mu)的(de)。
2）分(fen)析(xi)各(ge)部(bu)件(jian)對(dui)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)的(de)影(ying)響(xiang)，其(qi)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)與(yu)流(liu)量(liang)成(cheng)二(er)次(ci)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)。後(hou)導(dao)流(liu)器(qi)相(xiang)對(dui)於(yu)其(qi)他(ta)部(bu)件(jian)是(shi)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)，約(yue)占(zhan)總(zong)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)的(de)一(yi)半(ban)，隨(sui)著(zhe)流(liu)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)其(qi)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)占(zhan)總(zong)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)的(de)比(bi)例(li)上(shang)升(sheng)了(le)12.06%。葉輪支座的壓力損失約占總壓力損失的1/4，其壓力損失比例隨流量的增加基本不變。隨著流量的增加葉輪產生的壓力損失比例降幅明顯。
tongguoshuzhimonifenxidechusududefenbuhebianhuayuyalisunshidaxiaoxiangguan，tongguoyouhualiuliangjiliudaoneidesudufenbukejiangdiliuliangjideyalisunshi
，houxuxiangguandewolunliuliangjiyouhuayanjiukecongyouhuaqiliudaoneisudufenburushou。

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