工业时代以来,石油、天然气、液态金属等能源需求巨大,这些流体能源在开采、炼制、交易和使用过程中需要精密的计量。流体的计量易受电磁场、噪声、环境温度等因素的干扰,其计量精度和计量稳定性的提高成为行业的研究热点之一。靶式流量计具有对测量环境的适应能力强、性价比高、测量精度相对较高等诸多优点,在流体测量领域应用广泛。靶式流量计的静态性能与其结构尤其是作为主要受力单元的靶片密切相关。传统靶式流量计的结构设计,如靶片的形状尺寸参数、靶片的材料以及靶片在测量流体管道的安装方式等,基本还是用参照、类比等经验设计方法。基于经验的传统靶式流量计结构设计方法存在缺乏理论分析、设计周期长等明显的不足,成为靶式流量计进一步发展的障碍。为解决靶式流量计在计算机辅助设计上长期存在着结构优化理论不足,流体流场分析研究缺少等问题,论文在推导传统靶式流量计计算模型的基础上着重研究了靶片受力关系,并利用CFD(计算流体动力学Computational Fluid Dynamics,以下简称CFD)软件分析了靶式流量计最大的测量不稳定因素——旋涡信号,提出了通过降低旋涡中心总压来降低旋涡信号影响从而提高流量计的测量重复性;同时在分析靶片受力关系基础上提出了动压转化率的概念,并将其作为提高流量计灵敏度的目标参数。在提出提高靶式流量计性能的设计参数后,论文通过FLUENT软件模拟了圆形靶片、方形靶片和半方形靶片在全量程范围内(0.3~4.5m/s)的流场压力变化情况。为降低旋涡信号影响和提高靶片受力灵敏度,对比了模拟数据中的旋涡中心总压和动压转化率,结果发现圆形靶片在低流速(25%最大量程以下)旋涡总压最小,受到旋涡影响最弱。在中流速(25%~75%)、高流速(75%以上)中方形靶片和半方形的旋涡信号强度较小,动压转化率也更高。另外仿真发现,中高流速区域(25%以上最大量程),半方形靶片对比另外两种靶片,其旋涡中心总压更小,重复性更好,更加适合高精度、宽量程靶式流量计研究中的靶片替代品。为了验证模拟结果,课题分别按照靶式流量计的靶片设计模型制作出三种靶片,并装配到靶式流量计中进行了标定实验,标定结果显示,采用圆形靶片在全量程内重复性最差,在中流速以上,半方形靶片的重复性和灵敏度最好。标定试验结果验证了仿真的结果。通过数值模拟分析和标定试验结果对比,证明了通过CFD对靶式流量计进行结构优化和软件辅助设计是真实有效的。论文在模拟实验过程中提出的旋涡中心总压和动压转化率具有实际的意义,有助于辅助靶式流量计进行优化设计。