随着煤气、天然气以及工矿企业中各种气体原料和其它气体产品的日益增 加，以及国内“西气东输”工程的实施，由于所涉及的经济数额巨大，对气体 流量的精确测量己显得日益重要。由于超声波气体流量计具有测量精度高、量 程宽、无流阻、能测量脉动及双向气流等独特的优点，是目前国际计量界公认 为性价比最高、最具发展潜力的气体流量测量仪表之一。 在气体计量技术上，最为突出的问题就是气体计量标准量值的正确传递与 统一。为了实现对研制的超声波气体流量计标准值的传递，在音速文丘利喷嘴 的基础上建立了一套流量标定装置。该流量标定装置是以音速喷嘴组作标准表、 以空气作为气源、采用吸入式负压检定方式的气体流量检定装置。 由于流场分布对超声波气体流量计有着很大的影响，故本文在音速喷嘴标 定系统的基础上研究插入不同角度弯管后的流场分布及其对超声波气体流量测 量的影响和这种影响的校正。同时，通过应用流体力学技术，系统地研究特定 弯曲管道条件下的流动速度场包络分布情况，给出了两种声道布置方式的超声 波气体流量计对这些典型流场的适应能力，并给出了二次仪表的设计与优化思 路，试验证明能够通过此系统能快速、方便、准确地对超声波气体流量计进行 标定。 本文共分七章，其具体内容如下： 第一章为概述部分，该部分以大量的国内外文献为基础，全面论述了流量 计及标定系统的发展历史和现状，确定了以超声波气体流量计及音速喷嘴标定 系统为研究内容。提出了课题的选题意义、立项依据，并说明了论文的主要研 究内容。 第二章研究超声波气体流量计的计量原理，分析各种因素对超声波气体流 量计精度的影响，针对高压气体的情况，研究了高压天然气的压缩因子，分析 并实现了超声波气体流量计对高压气体的测量。研究流量数据的拟合和校正问 题，通过研究BP网络和RBF网络的算法，给出用于超声波气体流量计非线性校 正的神经网络的拟合和校正方法， 第三章从音速喷嘴的结构和工作原理出发，研究了音速喷嘴系统的流量计 算公式，研究了通用公式中各个参数的计算方法及取值，分析了公式的整体误 差。 第四章首先研究了充分发展的流场分布情况，和它对两种不同声道类型的 超声波流量计流量测量的影响进行了分析并计算了它们的动力校正因子。同时 从流体力学的角度，对管道内的流场进行了进一步分析，从Navier-Stokes 方 程出发推导了湍流模式下的K-ε方程及其平均流速的计算方法。运用数值计算 方法对弯管流动流场特性进行了研究和探索，计算了若干种特定弯管角度下， 超声波气体流量计的流量修正系数。 第五章介绍了整个系统的构架和实现。介绍了超声波气体流量计和音速喷 嘴标定系统的系统构架、工作原理和精度分析，同时为了定量的测量不同管道 中的气体流场分布，在分析了柏努利方程的基础上，提出了通过微压差计测量 管道内流场的方法。介绍了基于超声波的多通道微压差计的测量原理和误差分 析，建立了基于柏努利方程的多通道超声波流场测量装置，为定量测量管道内 流场分布提供了方法。 第六章在音速喷嘴标定系统里安装的正三角型及 V 字型流量计前安排了第 四章中特定角度的弯管及特定长度的直管段，在接近理论计算中的特定流速下 测量了流量计的流速，同时应用七通道微压差计测量了流场的分布，计算了校 正因子并与理论计算的结果进行了比较。(在音速喷嘴标定系统上对超声波流量 计进行了标定及试验研究。分析安装方法、流场分布和流速对超声波流量计的 影响，并与理论结果进行比较。) 第七章概括了全文的主要研究成果和论文的创新点，并展望了今后需要进 一步开展的工作。 关键词：超声波，气体流量，检测，压缩因子，文丘利音速喷嘴，标定， 神经网络，不均匀流场分布，有限元，数值计算，