為提高渦輪流量計的測量精度，對渦輪葉片的中徑來流角、葉片寬度和葉片重合度進行優(yōu)化。根據(jù)實際工程經(jīng)驗，優(yōu)化參數(shù)取值的最大變化范圍為30％，且相較于原始構(gòu)型，優(yōu)化的葉片構(gòu)型變化不宜過大。因此，本文分別取中徑來流角為45°、50°和55°，葉片寬度為45mm、55mm和65mm，重合度為0.9、1.0和1.1。通過正交試驗，分別使用α3、h、K表示中徑來流角、葉片寬度和重合度3個因素，如表7所示。每個因素有3個水平，分別為1、2、3。選用L9（34）正交表安排試驗，如表8所示。
由圖1可知，在渦輪流量計的真實管道模型中，存在的偏心流會影響流量計的測量精度。因此，為避免因偏心流對優(yōu)化結(jié)果的影響，在仿真過程中采用直管道進行有限元仿真分析，將圖4中的入口上游區(qū)域定義為10.5Dｎ，出口下游區(qū)域定義為10.5Dn。
本文采用儀表系數(shù)線性度誤差以評估渦輪流量計的測量精度，如下式
式中：Kmax，ｉ為渦輪流量計在不同流量下得到的儀表系數(shù)最大值；Kmax，i為渦輪流量計在不同流量下得到的儀表系數(shù)最小值。渦輪流量計正交試驗結(jié)果與均值如表9和表10所示。由表10可知，α3對應(yīng)的第3水平均值最小，表明α3取第3水平上的值時線性度誤差最小，同理可以得到h和K的取值均為第2水平。根據(jù)渦輪流量計在液氧和水介質(zhì)中的儀表系數(shù)比例關(guān)系可知，理論上在液氧環(huán)境中的最優(yōu)水平組合為（α3）3h2K2，即中徑來流角、葉片寬度和重合度的優(yōu)化組合為55°、55mm、1。
為對比優(yōu)化前后渦輪流量計的測量精度，分別對優(yōu)化所得的渦輪流量計進行有限元分析，得到不同流量下的儀表系數(shù)，如圖13所示。根據(jù)圖13中結(jié)果計算相應(yīng)的儀表系數(shù)線性度誤差，結(jié)果表明，優(yōu)化的渦輪流量計儀表系數(shù)線性度誤差為0.2770％，相比于原始結(jié)構(gòu)的0.3815%，降低了0.1045％，顯著提升了渦輪流量計的測量精度。
為進一步揭示優(yōu)化后渦輪流量計的測量精度，優(yōu)化前后渦輪流量計在3599m3/h流量下的渦輪速度分布和流場截面速度分布云圖分別如圖14和15所示。由圖14可知，渦輪的最大轉(zhuǎn)速在葉片頂部，相對于原始渦輪流量計，優(yōu)化的渦輪流量計的轉(zhuǎn)速更大，運轉(zhuǎn)更加順暢。
由圖15可知，流體在流經(jīng)優(yōu)化的渦輪葉片時，流場速度分布較原始流量計更加均勻。綜上所述，優(yōu)化的渦輪流量計的渦輪結(jié)構(gòu)在流場中的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性更好，從而使測量精度得到提高。
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