0.引言

为满足气体流量计测量不断提高要求，超声波技术被 应用于气体流量检测，它是继孔板、涡轮流量计之后出现 的第三类高精度的新兴气体检测仪表。超声波气体流量 计是通过超声波脉冲沿顺、逆流两个方向上声传播时间不 同来测量气体的流速和流量的新技术。由于它对流体无 阻力、无压力损失、受流体物理性质限制少以及使用简单 等特点,备受业界关注，具有很大的前景。换能器装置及 其关键技术、流场适应性问题、时间测量技术等都将影响 超声波气体流量计测量精度。流场适应性问题又是相对 容易解决的技术问题，它可以细分为管道走向、管壁粗糙 度、阻流件及调整器等问题。

1.流程适应性研究

对超声波流量计流场适应性问题的研究主要分析管 道走向、调节装置对流量检测带来的影响，达到最适宜于 流量计安装及检测的条件。管道走向的变化会改变流场 速度分布并使之产生扭曲，很多科研人员出于各种不同的 目的都对这一现象进行过研究,相关的研究成果近年来己 被成功应用于气体超声波流量计。1982年,ENAYET M M 等人利用激光多普勒技术对单弯管流场进行了分析1。 1991年,LAI Y G等人利用理论推导与流体动力学相结合 的分析方法计算了弯管中的流体扰动问题,对流场分布给 出了数值解2。1996年德国的科研人员HILGENSTOCK A和ERNST R将计算流体动力学与实验技术相印证，成 功地分析了超声波流量计检测精度与弯管流场变形之间 的关系H。1999年,LIM K V等人探讨了直角弯管中流场 对电磁流量计检测精度的影响情况,他们的实验测量数据 最远到达弯管后部22倍直径的距离H。2015年，吴春 华S利用实验测量系统测试了电路延时完成补偿算法,对 多个标定流量点进行了样机实流检测，验证了通过测量压 力差对弯管二次流误差修正的流畅适应性仿真结果和补 偿方法的有效性。2014年，郑丹丹等人基于实流实验与 数值仿真相结合H ,对单声道流量计的5种声道布置进行 研究,表明声道布置对流场适应性有一定的影响。

综合国内外学者对超声波流量计复杂流场的研究成 果,本文基于实流实验和数值仿真相结合方法，对流场整 流装置进行系统研究,分别比较了多种不同的整流装置对流场影响，提出一种新型整流结构，最终实现整流效果，提 高超声波流量计的流畅适应性。

2.新型整流装置

由雷诺（Reynolds)实验我们可以知道，流体在管道中 流动时因为黏滞力的存在而产生两种流态：层流与湍流。 考虑到管道内流速分布的不均匀，一般会在管道内加装整 流器，使流体通过整流器后，流速分布状况得到显著改善。 本设计主要针对超声波气体流量计管道内的整流器，提出 了一种包括整流器的开孔大小、开孔个数、开孔位置等的 设计方法。

根据普朗特流速分布经验公式（式（1))可知，在不同 流体状态下,流速分布是不同的。

3.3头验结果

本实验测量模型如下：（1)测量管道模型直径D固 定；(2)气体经过弯道形状固定，到达下游测试前直管道 (整流装置安装在直管道的最前端）距离长短不同，分别 为3D、5D、10D、20D、30D、40D; (3)测量区管段（安装超声 波测量声道的管道长度）长度固定；(4)经过测量区后的 气态出口缓冲区管道长度固定为20D。具体测试数据如 表1所示。

以上实验数据说明：(1)比较上述6个距离处测量值 可以看出，当测量表体安装在距离出口 10D管径之后时， 其流场分布区域平稳；(2)将其与无整流器的情况进行比

较,发现其流线延轴向的旋转速率变缓，而且速度较为均 衡的区域变多；(3)通过自行设计的整流装置效果对比, 发现整流装置对管道紊流气态有非常大的稳定作用，大大 提升了仪表测量精度。

4.结论

本文通过理论计算实现了一种气体流量计的整流装 置，实验数据表明该装置能有效提高气态平均分布，提高 仪表测量精度。