氣體渦輪流量計是國際法制計量組織(OIML)認可的用于燃氣貿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、重復性好、壓損小等優點,被廣泛用于天然氣計量等領域。隨著大量的渦輪流量計被用于貿易計量,為保證能夠高質高效地進行計量工作,其計量精度和性能的標準就需要提高。
渦輪流量計是速度式流量計,內部流體的物性(壓力、溫度、速度)的變化極易引發計量的偏差。如山西省某計量交接點處近年來常出現供銷差,經查證主要由脈動原因造成,在排除部分脈動產生的因素后,供銷差得到極大的改善。脈動流是一種典型的非穩態流,脈動流的主要參數表現有脈動幅值、脈動頻率和脈動波形,一旦形成對多種流量計均會產生影響,特別是渦輪流量計這類速度式流量計。
目前對非穩態流對渦輪流量計的影響研究方法主要有數學模型、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重要的研究成果。在理論模型的研究成果中,Saboohi等基于轉矩平衡方程提出了一種預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化固井泥漿流量計的葉輪結構參數。
隨著CFD的迅速發展,對在非穩態流下的渦輪流量計研究創造了更多的成果,如孫宏軍等基于CFD進行了渦輪流量計前導流器的優化研究;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和動態網格相結合研究渦輪流量計的動態特性,得到渦輪流量計一階系統的幅頻特性、相頻特性、傳遞函數和階躍響應曲線;張永勝等通過CFD發現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定。
在實驗研究成果中,陳勇等和Zijad等分別采用軸流泵電機調速、快速開閉閥門的方式研究了渦輪流量計在過渡流態下的加減速性能,結果表明在加速當中更為敏感;Cascetta等發現在開關閥門時,由于間歇流動,導致渦輪流量計測量到的氣體體積總是高于實際通過燃氣表的氣體體積;陳行川等利用控制體積法的SIMPLEC算法發現在層流以及轉捩狀態時,儀表系數總是在變化,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速測試流量穩定性對渦輪流量計的影響;王菊芬等通過體積管標準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現軸承阻滯中的靜態阻力部分是造成相同雷諾數下儀表系數差異的主要原因。
