[发明专利]一种基于田口法的橄榄形流量计结构优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于田口法的橄榄形流量计优化设计方法，步骤是：(1)选取橄榄形流量计节流元件结构为优化对象；(2)确定输出响应、影响最大的四个因素，根据因素确定水平范围并均匀选取五个水平数；(3)利用Minitab设计正交试验表；(4)根据正交试验表分别建立对应模型；(5)对模型分别进行数值模拟仿真实验；(6)对实验结果进行信噪比分析和方差分析；(7)对比优化前后的数据，确认优化结果。本发明可以更高效地找到最优化结构，相较于传统方法可以大大减少模拟试验的时间。优化过后的流量计，相较于以往压损率更低，流体流经流量计时流动阻力更小，从而降低能耗。

技术领域

本发明属于流量测量领域，特别涉及一种能减小压损的流量计节流元件结构优化设计方法。

背景技术

流量计在现代工业测量中有着极为重要的应用，流量计的种类繁多，其中差压式流量计应用最为广泛，约占流量计总数的70％。差压式流量计由一次装置(检测压差)和二次装置(流量显示)组成。按照一次装置形式可对差压式流量计进行分类，如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。按照节流装置标准化程度又可分为标准型和非标准型两大类。标准节流元件包括孔板、喷嘴、文丘里管，包含这些节流装置的流量计的研究和使用技术已较为成熟，国际标准(ISO5167)对其设计、制造、安装和使用等有着明确的要求。目前研究较多的新型的流量计都属于非标准流量计。虽然目前对新型差压式流量计的结构优化降低了流量测量过程中的压损，但仍然存在一些缺点，如尾部呈钝体，流体经节流元件会发生流动分离形成不稳定的旋涡，影响测量的精度。差压式流量计压损过大的问题仍是流量计设计人员研究的重点，对流体流经节流元件流动控制机理和消涡技术已成为流量测量研究人员的研究热点。

在此基础上，差压式流量计设计过程中需要考虑如何得到产品的最优结构。但是传统优化设计方法仍存在一定的缺点：需要大量全面试验，才能对性能有所提高。

目前优化设计方法通常只考虑对系统的性能指标进行评价，往往忽略不同结构参数对性能指标的影响的权重。

专利CN201910613562.6提出了一种优化流量计结构参数的仿真方法，通过前期处理得出流量系数自动标定值，对所述标定值参数进行分析，改变流量计结构参数得到最优结构参数。但该方法所需实验次数较多，对于多个影响因素的优化所需时间周期较长。

专利CN201110251388.9提出了一种基于正交试验的贯流风机优化设计方法，以蜗壳间隙、蜗舌间隙、叶片内圆周角等作为试验因素设计正交试验，利用CFD方法计算各个方案的性能指标，从中找到最优结构。但该方法得出的最优结构只是根据响应性最高的因子进行选择，不能保证该结构在各种环境下的稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的技术问题和不足，提供一种能够最大限度的实现流量计最优流场分布，得到最优的流量计节流元件结构参数，使流量计在减少压损的同时，稳健性能显著提高的基于田口法的橄榄形流量计结构优化设计方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于田口法的橄榄形流量计结构优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：选取含上下游流道的橄榄形流量计结构为优化对象，根据橄榄形流量计外形尺寸，建立橄榄形流量计几何模型；

步骤2：在橄榄形流量计外形尺寸参数中选取四个对性能影响较大的参数作为影响因素，根据每个影响因素的取值范围选取五个不同的水平参数；

步骤3：根据步骤2选取的水平参数，利用Minitab软件选择适合的正交表，将选取的水平参数填入正交表内，生成25个试验方案的正交实验表；

步骤4：按照步骤3生成的正交表内的水平参数，对步骤1中建立的几何模型参数进行修改，得到对应试验方案橄榄形流量计内部流道模型，再对内部流道模型进行网格划分；