气体超声流量计凭借高精度、低压损和宽量程比等优势,在西气东输管道、中缅天然气管道以及燃气储配站等天然气贸易计量场合中得到了越来越广泛的应用。超声流量计根据超声波在速度分布均匀流场中传播的顺逆传播时间差来计算流量值,事实上在管道中由于上下游存在扰流元件与管壁粗糙性等原因,管道中的流速分布是不均匀的。本文针对DN500与DN1000两种管道,考虑上游管道存在单弯头或异面双弯头两类扰流元件,根据给定的5种流量边界条件,首先通过CFD仿真分析管道中流场速度分布;根据流场分析计算通过管道的实际流量,同时计算超声波在流场中经过声道传播的顺逆流时间差,并以此时间根据规范计算流量;然后通过与边界条件流量对比,对两种流量的误差进行分析;对于管道直径、声道长度和声道角变化导致的误差进行了讨论。最后基于以上研究对超声流量计误差进行评价并给出改进措施。具体研究内容如下:(1)分别针对DN500与DN1000管道,按规范考虑上游管道存在单弯头或异面双弯头两类扰流元件,根据给定的5种流量边界条件,研究扰流元件下游不同直管段长度处的流场速度分布。结果表明:两类扰流元件下游会出现速度分布不均匀现象,但随着直管段长度的增加,流场速度分布逐渐恢复均匀。通过恢复到对称充分发展紊流速度分布所需直管段长度指标分析,异面双弯头引起的速度分布不均匀现象比单弯头更严重,并且管道直径与流量越大,两类扰流元件造成的流态畸变也就越严重。(2)基于管道中每种流场速度分布,采用积分的思想计算管道中的流量。同时计算超声波在每种流场中经过声道传播的顺逆流时间,并依据该时间根据超声流量计标准计算流量。将两种方法计算的流量与给定的边界流量进行对比,分析了两种流量的误差大小与规律。结果表明:异面双弯头引起的基于流场的流量误差与根据标准的计算误差比单弯头更大;随着直管段长度的增加,两种误差均呈逐渐减少趋势;管道直径与流量越大,流态畸变引起的流量误差与计算误差也就越大;多声道超声流量计相较于单声道在速度分布不均匀流场中具有更好的计量精度。(3)对管径、声道长度和声道角变化引起的误差进行定量分析。比较管径、声道长度、声道角变化与速度分布不均匀引起的误差,可知影响超声流量计计量精度最重要的因素为测量管段天然气速度分布,其引起的超声流量计计算误差最大可达-3.52%。(4)根据超声流量计测量误差要求,对管道直径、声道长度、声道角变化以及流场速度分布不均匀引起的误差进行评估,并提出了改进措施:对单弯头与异面双弯头下游超声流量计的安装直管段长度进行了规定;提出了基于流动调整器的测量管段改进方法;通过“三角形”声道布置改进方法提高了单声道超声流量计的流场适应性;基于最小二乘法利用直管段长度L,管道直径D和流量Qi三个参数对速度分布校正系数进行了修正,将单声道超声流量计在单弯头与异面双弯头下游的计算误差控制在允许范围内。