时差超声流量计是目前应用的*普遍超声波流量计之一。根据时差法测量的是超声波传播路径下流体的平均流速，而不是管道横断面的平均流速，因此在计算流速时必须使用k系数法修改。k系数是超声波传播路径的流体平均流速与管道横断面的流体平均流速比[1]。k系数与超声波传播路径相关，研究取决于雷诺数的多个通道的k系数有助于计算雷诺数和提高测量精度。

　　在传统圆形管道中，广泛研究了超声波不同传播路径中流体平均流速与管段平均流速的关系[2-7]。但是，非圆形管道内不同路径中流体的平均流速与管道截面的平均流速之间的关系的报道较少。由于使用方形管的超声波流量计报告为[8]，因此研究方形管内不同路径上流体平均流速与管段平均流速之间的关系是非常必要的。近年来，基于经典流体力学和数值计算方法的计算流体力学(CFD)在解决许多复杂的流动和传热问题方面发挥了巨大的优势[9-12]，结合了理论和实际的双重特性，可避免实验中存在的模型大小、流场扰动、测量准确度、资金投入等困难，并且在航天、汽车设计、涡轮设计等方面得到了广泛应用本文使用CFD计算获取时差超声流量计方形管道不同通道位置的管道流场信息，通过数值计算获得不同通道的k系数规律(根据雷诺数)，根据雷诺数更改k系数*选择通道*最佳通道。

　　基于2 CFD的k系数计算方法

　　图1是典型方形管道的时差超声波流量测量装置，超声波通道以v反射形式布置。根据时差法测量超声波流量计的原理[13]，流量计算为:

　　一般来说，k值取决于通道位置，如果雷诺数发生变化，则会变成[7，14-15]，这对计算流量补偿和提高测量精度没有帮助。因此，如果使用CFD找到k值稳定性*良好的通道位置，则可以简化补偿计算并提高准确度。使用CFD研究不同通道的k值随雷诺数的变化的过程如下:首先将不同的超声波传播路径划分到管道截面，以便于计算结果，使用到管道截面中心的超声波路径距离与管道特征尺寸的比率来描述通道位置。对于方形管道，特征大小是截面边长度的一半。图2显示了与图1中的管道结构相对应的不同v型通道分割的结果。也就是说，v-传播路径从管道中心向外等距0.05倍长度的一半被分割为19个传播通道，依次为line0、line0.05，命名为line0.9。通道分割完成后，使用CFD计算获得不同雷诺数条件下管道的流场分布。

　　CFD比一般实验方法更容易获得管道中任意位置(Xi，Yi)的流速，因此Vc可以使用图3所述的方法计算。假设静态水中超声波传播速度为Vsw，根据类型(2)，可以获得超声波沿传播路径在该点传播的平均速度Vi，类型(3)可以计算超声波在两个相邻粒子之间传播的时间Ti *，以及*之后(4)可以获得该通道中流体的平均速度Vc。管道横截面的流体平均流速Va可以按区域获得，根据修正系数的定义，K=Vc/Va可以在当前雷诺数条件下获得该通道的修正系数。

　　完成上述计算后，在n个不同的雷诺数条件下，每个通道的校正系数k的标准偏差将通过表达式(5)和(6)计算。标准偏差小的通道是校正系数K*稳定的通道位置。

　　3分析计算结果

　　使用以上步骤，我们使用室温下的水作为流动介质，计算了10个雷诺数下图2所示的19个通道中的k系数。这十对雷诺数分别为log (re)=1.84、2.84、3.54、3.84、4.55、4.85、5.15、5.54、5.84、6.15、0.000m/s、0.01m/s、0.1m/s、0.5m/s、1m/s、2m/s、5m/s、5m/s、5m/s、5m/s、10m/s、5m/s、10m/s雷诺数大于4，000时，管内流动分别对应于完全发达的湍流[16]、标准k-ε湍流计算模型、模型经验常数C1ξ、C2ξ、C3ξ、Cμ 1.44、1.92、0、0.09、湍流动能k和耗散速度ε的浮游生物数设置为1、1.3[10]。图4至6显示了对数(re)等于1.84时的流场分布。其中图4显示了测量管道的v型声波传播平面中的流速分布。