氣體渦輪流量計是國際法制計量組織(OIML)認(rèn)可的用于燃?xì)赓Q(mào)易計量的三大流量儀表之一,具有高精度、高可靠性、量程比大、重復(fù)性好、壓損小等優(yōu)點,被廣泛用于天然氣計量等領(lǐng)域。隨著大量的渦輪流量計被用于貿(mào)易計量,為保證能夠高質(zhì)高效地進(jìn)行計量工作,其計量精度和性能的標(biāo)準(zhǔn)就需要提高。

渦輪流量計是速度式流量計,內(nèi)部流體的物性(壓力、溫度、速度)的變化極易引發(fā)計量的偏差。如山西省某計量交接點處近年來常出現(xiàn)供銷差,經(jīng)查證主要由脈動原因造成,在排除部分脈動產(chǎn)生的因素后,供銷差得到極大的改善。脈動流是一種典型的非穩(wěn)態(tài)流,脈動流的主要參數(shù)表現(xiàn)有脈動幅值、脈動頻率和脈動波形,一旦形成對多種流量計均會產(chǎn)生影響,特別是渦輪流量計這類速度式流量計。

目前對非穩(wěn)態(tài)流對渦輪流量計的影響研究方法主要有數(shù)學(xué)模型、CFD仿真研究和實驗研究等方法,對渦輪流量計的研究做出了大量且至關(guān)重要的研究成果。在理論模型的研究成果中,Saboohi等基于轉(zhuǎn)矩平衡方程提出了一種預(yù)測渦輪流量計性能的新算法;王菊芬等基于動量力矩定理和流體邊界層理論,分析葉輪幾何參數(shù)對渦輪流量計性能的影響;劉龍龍等從理論上分析了脈動流對渦輪流量計的影響;李宜霖等引入智能算法優(yōu)化固井泥漿流量計的葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)。

隨著CFD的迅速發(fā)展,對在非穩(wěn)態(tài)流下的渦輪流量計研究創(chuàng)造了更多的成果,如孫宏軍等基于CFD進(jìn)行了渦輪流量計前導(dǎo)流器的優(yōu)化研究;孫興偉等利用CFD研究了流體粘度變化對渦輪流量計地影響;郭素娜等將6DOF和動態(tài)網(wǎng)格相結(jié)合研究渦輪流量計的動態(tài)特性,得到渦輪流量計一階系統(tǒng)的幅頻特性、相頻特性、傳遞函數(shù)和階躍響應(yīng)曲線;張永勝等通過CFD發(fā)現(xiàn)渦輪流量計的幅頻特性隨脈動頻率成線性降低的趨勢,而相頻特性隨頻率增加而增大而后趨于穩(wěn)定。

在實驗研究成果中,陳勇等和Zijad等分別采用軸流泵電機(jī)調(diào)速、快速開閉閥門的方式研究了渦輪流量計在過渡流態(tài)下的加減速性能,結(jié)果表明在加速當(dāng)中更為敏感;Cascetta等發(fā)現(xiàn)在開關(guān)閥門時,由于間歇流動,導(dǎo)致渦輪流量計測量到的氣體體積總是高于實際通過燃?xì)獗淼臍怏w體積;陳行川等利用控制體積法的SIMPLEC算法發(fā)現(xiàn)在層流以及轉(zhuǎn)捩狀態(tài)時,儀表系數(shù)總是在變化,累計流量和瞬時流量的誤差較大;孫立軍等通過控制水泵轉(zhuǎn)速測試流量穩(wěn)定性對渦輪流量計的影響;王菊芬等通過體積管標(biāo)準(zhǔn)裝置研究新型渦輪流量計的抗流動干擾能力;劉夷平等通過實驗研究發(fā)現(xiàn)軸承阻滯中的靜態(tài)阻力部分是造成相同雷諾數(shù)下儀表系數(shù)差異的主要原因。