超聲波流量計(jì)不同聲道的K系數(shù)隨雷諾數(shù)變化規(guī)律，時(shí)差法超聲流量計(jì)是目前應(yīng)用zui普遍的超聲流量計(jì)之一。基于時(shí)差法測(cè)量出的是超聲波傳播路徑上流體的平均流速而不是管道橫截面上的平均流速，因此在計(jì)算流量時(shí)需要采用K系數(shù)法進(jìn)行修正。K系數(shù)為超聲波傳播路徑上的流體平均流速與管道橫截面上的流體平均流速的比值。K系數(shù)與超聲波傳播路徑有關(guān)且隨雷諾數(shù)變化而變化，研究不同聲道的K系數(shù)隨雷諾數(shù)變化規(guī)律有利于流量補(bǔ)償計(jì)算和提高測(cè)量精度。
 

　　傳統(tǒng)的圓形管道內(nèi)超聲波不同傳播路徑上流體平均流速與管道截面平均流速的關(guān)系已被廣泛研究。但是對(duì)于非圓形管道內(nèi)不同路徑上流體平均流速與管道截面平均流速的關(guān)系的報(bào)道較少。而采用方形管道的超聲波流量計(jì)已見(jiàn)報(bào)道，因此，研究方形管道內(nèi)不同路徑上流體平均流速與管道截面平均流速的關(guān)系的十分必要。
 

　　近年來(lái)，建立在經(jīng)典流體動(dòng)力學(xué)和數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)上的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(簡(jiǎn)稱(chēng)CFD)在解決各種復(fù)雜流動(dòng)和傳熱問(wèn)題時(shí)表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)，它兼具理論性和實(shí)踐性的雙重特點(diǎn)，能夠避免實(shí)驗(yàn)中存在的模型尺寸、流場(chǎng)擾動(dòng)、測(cè)量精度、經(jīng)費(fèi)投入等困難，在航空航天、汽車(chē)設(shè)計(jì)、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)時(shí)差法超聲波流量計(jì)方形管道中不同的聲道位置，采用CFD計(jì)算獲取管道內(nèi)的流場(chǎng)信息并通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得不同聲道下K系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律，并選擇K系數(shù)隨雷諾數(shù)變化zui小的聲道為*聲道。通常，隨著聲道位置的不同，K值差異較大且會(huì)隨雷諾數(shù)變化而變化，這不利于流量補(bǔ)償計(jì)算及測(cè)量精度的提高。因此，利用CFD找出K值穩(wěn)定性的聲道位置有利于簡(jiǎn)化補(bǔ)償計(jì)算和提高精度。
 

　　采用CFD研究不同聲道上K值隨雷諾數(shù)變化而變化規(guī)律的過(guò)程如下：首先在管道截面上劃分出不同的超聲波傳播途徑，為便于計(jì)算結(jié)果的推廣利用，采用超聲波路徑到管道截面中心的距離與管道特征尺寸的比值來(lái)描述聲道位置。對(duì)于方形管道，其特征尺寸為其截面邊長(zhǎng)的一半。完成聲道劃分后采用CFD計(jì)算獲得不同雷諾數(shù)條件下管道內(nèi)流場(chǎng)分布。與常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法相比，CFD能夠方便地獲取管道內(nèi)的任意位置(Xi，Yi)的流速。假設(shè)超聲波在靜水中的傳播速度為Vsw，可得到超聲波在該點(diǎn)沿傳播路徑方向的平均傳播速度Vi，可以計(jì)算超聲波在相鄰兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的傳播時(shí)間Ti，zui后可以求得該聲道上流體的平均速度Vc。管道橫截面上的流體平均流速Va可以通過(guò)面積分獲得，根據(jù)修正系數(shù)的定義K=Vc/Va即可得到對(duì)應(yīng)聲道在當(dāng)前雷諾數(shù)條件下的修正系數(shù)。
 

　　根據(jù)上述過(guò)程，以常溫下的水為流動(dòng)介質(zhì)，采用CFD方法計(jì)算了10個(gè)雷諾數(shù)19條聲道上的K系數(shù)。這10個(gè)雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)值依次為log(Re)=1.84，2.84，3.54，3.84，4.55，4.85，5.15，5.54，5.84，6.15，分別對(duì)應(yīng)的入口流速為0.001m/s，0.01m/s，0.05m/s，0.1m/s，0.5m/s，1m/s，2m/s，5m/s，10m/s，20m/s。計(jì)算過(guò)程中針對(duì)雷諾數(shù)小于2000的情況，計(jì)算采用Laminar層流模型；雷諾數(shù)大于4000時(shí)管體中的流態(tài)為充分發(fā)展的湍流，計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)k2ε湍流計(jì)算模型，模型經(jīng)驗(yàn)常數(shù)C1ξ、C2ξ、C3ξ、Cμ依次取值1.44、1.92、0、0.09，湍動(dòng)能k與耗散率ε分別對(duì)應(yīng)的普朗特?cái)?shù)設(shè)置為1、1.3。在log(Re)從1.84變化到6.15的過(guò)程中，第15條(對(duì)應(yīng)d=0.7)聲道上K系數(shù)隨雷諾數(shù)變化zui小，雷諾數(shù)變化20000倍K僅變化3.35%。因此，橫向距離中心0。7倍半邊長(zhǎng)處修正系數(shù)(Vc/Va)值波動(dòng)zui小，為該測(cè)量管體的*聲道位置。