超声流量计探头安装位置对测量影响数值仿真研究

图8 探头全伸时18声道平均速度归一化比较

由图8可以清晰地看到，相对于5Dup18声道的速度廓形（标准值），各流速点情况的速度廓形几乎都低于标准值，只有v=0.307m/s时靠近管道中心的几个声道（声道4、5、6、13、14、15）略高于标准值。从这个角度分析，各流速点18声道积分得到的流量值势必小于5Dup18声道积分流量值，造成测量误差均为负值。进一步分析，随着流速逐渐增大，速度廓形趋于平缓，即靠近管道中心的几个声道平均速度逐渐减小，且廓形有重合的趋势。当v=6m/s、v=8m/s时，测量误差增大的趋势逐渐减小且趋于稳定（表2）。用湍流速度分布理论可以解释这一结果：Re越大，管内速度分布越趋于平缓，且变化越小。因此可以推论，对于探头全伸情况，当流速大到一定程度，测量误差将不随来流速度变化而变化，趋于稳定。

表2 流速增大时的仿真结果

2.2 探头全缩仿真结果

与前述研究方法类似，以下仅给出v=0.994m/s时最短声道1和最长声道5上轴向速度分布图和声道截面上轴向速度等值线图，来说明探头全缩对流场造成的影响。

由图9可知，流体在流经探头位置时，由于在管壁内侧有一凹槽，流体在声道两端均会产生回流，出现负速度，使得沿声道速度分布基本对称（图10）。此外，凹槽内的流速相对较小，随着探头缩入管道内壁的长度逐渐减小，凹槽区逐渐减小，相应低流速区域也逐渐减小（图10）。

图9 声道截面轴向速度等值线图

图10 沿声道轴向速度分布

虽然探头全缩时对流场的影响与探头全伸时截然不同，但最终都会使各声道上产生负速度，进而使积分流量值偏小。表3给出了探头全缩情况时5个流速点的仿真结果。