超声波反射装置对超声波流量计流路内水流特性的影响，时差式超声波流量计是应用*普遍的超声波流量计之一，传统的时差式超声波流量计流路多为圆形直管段，流路内的超声波反射装置不同，声路的配置方式有v法、z法、u法、w法等。 声道的不同影响超声波传播距离(音程)、超声波反射强度、方向性等，影响超声波流量计的测量精度和稳定性。 其主要原因是在超声波流量计的通道内设置超声波反射装置本身是一种流动紊乱，通道内流体的流动特性复杂，影响测量精度，因此需要研究超声波反射装置对超声波流量计通道内水流特性的影响，提高超声波流量计的测量精度和稳定性。
时差式超声波流量计测量超声波传播路径上的流体的线平均流速，而不是测量流量所需的管截面上的面平均流速，因此在计算流量时需要利用k系数法进行修正[4-6]。 k系数的定义式是超声波传播路径上的流体线平均流速v与管截面上的流体面平均流速u之比。 在超声波流量计上安装超声波反射装置后，请尽可能减小超声波声路上k系数的影响，使其稳定保持在某个值附近。 以k系数标准偏差[7]为测量不同超声波反射器优劣的主要依据，研究了反射板与管壁之间的间隙、反射板的轴向距离以及渐变通道对k系数的影响，并给出了相关规律。
2超声波反射装置
研究所采用的超声波反射装置是u型反射，其工作原理如图1所示，来自发送换能器的超声波被2个超声波反射片反射后，被接收换能器接收，1次测定结束。 超声波反射片在中心轴线上的距离为l，与中心轴线的角度为45°，由表面光滑的金属合金制成，对超声波有很强的反射作用。 超声波传播路径在图中用虚线表示。 在实际工作中，超声波反射片用一定的方法固定在流通路内。
根据实际使用的超声波反射装置的设置情况，主要从以下方面研究了对流通道内水流特性的影响:
1 )反射片与管壁间隙对k系数的影响
采用四个臂反射镜，各臂均匀分布，并且距反射板的中心轴的距离L=40D/14(D是流动路径)，其结构在反射板的流速方向上的投影角度为d=9D/14，如图3中所示。 反射板臂的外缘(在图3中用虚线表示)位于流通路的壁面。 间隙分别为3D/28、4D/28、5D/28、6D/28、7D/28，研究了反射片与流通管管壁之间的间隙变化时通道内的水流特性。2 )反射片轴向距离对k系数的影响
使用1 )中的反射片的模型，保持d的尺寸为9D/14，仅改变反射片的中心轴线上的距离l，分别为35D/14、40D/14、45D/14、50D/14，研究了改变反射片的距离时的流路内的水流特性。
3 )渐变路径对k系数的影响
选择1 )的反射片模型，d和l的值不变，改变反射片之间的流路形状，采用过流面积减少的流路形状，如图4所示，研究了此时流路内的水流特性。
三数值模拟计算
3.1计算模型
利用商业软件FLUENT进行了设置不同超声波反射装置的流通道的数值模拟，采用标准的k-ε模型进行了计算[8-10]。
对于可压缩的流体，考虑浮力产生的紊流动能Gb及其相关系数C3ε。 如果流体未压缩且不考虑用户自定义的源项，则Gb=0，YM=0，Sk=0，Sε=0。 所引入的常数C1ε、C2ε、Cμ和σK、σε的值分别为:C1ε=1.44、C2ε=1.92、Cμ=0.09、σk=1.0和σε=1.3。
3.2网格处理
进口直管段和出口直管段均为规则圆管，分割网格时采用结构网格，网格尺寸为1的基表直管段内部有反射片，难以采用结构网格，因此采用非结构网格，以基表内的水流特性为课题研究重点，更** 为了得到主流场应采用细网格，网格尺寸为0. 8，上述网格分割方法得到的网格数为100万左右，且网格质量好，满足计算要求。 流动区域的直管段网、反射片上的网的情况如图5所示。
3.3边界设定
超声波流量计基表的流路长度为40D/7，通路入口前为10D长度的直管段，通路出口后为5D长度的直管段[11]，采用速度入口，流量为2. 5 m3/h时，入口速度为1.57 m/s，出口自由流出[9-10]。
3.4计算方法的验证
为了验证数值计算方法的正确性，采用以上设定模拟圆管内湍流流动状态时的截面速度分布，结果如图6所示，与Westerweel实验[12-15]测定的圆管内湍流速度曲线基本一致，说明了本研究采用的数值计算方法是正确的。
3.5 K系数的计算
根据连续性方程式，流通道内各横截面的面平均速度相同，研究以流通道内中心截面的平均速度为面平均速度。 以反射器设备的中心轴为基准，通过将D/28的距离逐渐向外划分为水平来获取不同声音路径，并且分别以line0、line1、line2、line3.通过数值模拟计算依次获得了一系列声音路径上的线性平均速度——0、1、2、3. 可以进一步计算不同声音路径上的k系数的数值，通过比较每个超声波反射装置的k系数的标准偏差，超声波反射装置对通过流路内的水流特性产生影响。4计算结果与分析