影响LNG加气机流量计测量准确性的主要因素，LNG（液化天然气）加气机是将LNG由加气站传输到LNG汽车储气瓶的超低温计量设备，LNG加气机在使用过程中，LNG液体一般为－120℃—－160℃，加气管内外温差大，常导致计量不准确，并引起贸易纠纷，故需要对加气机定期进行检定，采用标准表原理的LNG加气机检定设备，消除质量法中电子天平的准确度容易受环境影响大和LNG回收困难等不利因素，流量计作为检定设备的核心部件，其测量的准确性是保证检定设备可靠工作的关键，本文借助CFD软件对流量计测量管内流场进行数值模拟分析，找出影响流量计测量准确性的主要因素。
2.1 流量计结构形式
LNG加气机检定设备采用科里奥利质量流量计。科里奥利质量流量计由分流管、保护管、集流管和测量管构成。流体进入流量计后，经分流管分成二路进入并联的两根测量管，然后经与分流管形状相同的集流管进入下游管道。流量计和测量管如图1所示，
2.2 流量计工作原理
根据科式力的定义，当测量管以一定的方向ω振动，流体以速度V在管内流动时，将产生与流体质量流量Qm成正比的科式力F，即：
式中：m为测量管内流体质量；l为测量管的长度。
在科式力的作用下，测量管发生扭曲变型，形变量大小与测量管产生的总科式力的大小成正比，即与质量流量也成正比。通过位于流量计测量管两侧的电磁感应器，测量监测点处管子振动的速度，得到由于管子的变形引起这两个速度信号之间的时间差，然后把此信号送到转换器，转换器将信号进行处理并转换成直接与质量流量成正比的电信号输出。通过分析计算，质量流量与两侧的电磁感应器测出信号的时间差成正比，而与测量管振动的频率、角速度和流体的物理参数的变化均没有关系。
3 理论分析
3.1 假设
根据流量计结构和工作环境，作如下简化：（1）科里奥利力只作用在测量管上，故只对测量管内流场进行分析研究；（2）两根测量管段对称分布，可以认为二者内部流体状态*相同，故简化为只分析其中一个；（3）测量管和保护壳材质均为304不锈钢，其良好的导热性且管壁较薄，可以近视认为测量管和保护壳内外壁均不存在温差。
3.2 传热过程分析
根据对流量计结构形式的分析，流体在测量管流动过程中吸收的热量均是保护壳通过热辐射形式传递进来的，对测量管吸收的辐射热进行分析计算，设单个测量管外壁吸收的辐射热量为Q1，即
式中：εs为保护壳内壁与测量管外壁组成的封闭区间的系统发射率，A1为测量管外壁总面积，T1为测量管外壁温度，T2为保护壳内壁温度。
显然，测量管吸收的辐射热，均被流体以对流换热方式带走，设单个测量管与其内流体对流换热量为Q2，即：
式中：h为测量管内壁与管内流体之间的表面平均换热系数，A3为测量管内壁表面积，Δtm为测量管内壁与管内流体之间的平均温差，t1、t2分别为测量管进出口处流体温度。在稳定工况下，Q1=Q2，在保护壳温度和测量管进口温度已知的情况下，采用圆管内强制对流传热计算公式，结合式（2）、（3）可以计算出测量管与管内流体之间的平均温差，从而得到测量管出口处流体温度和测量管内壁温度。
4 测量管内流场数值模拟
考虑到LNG是一种可燃易爆液体，故在进行流量计性能分析实验时，采用物理性质相近的液态氮作为工质流体进行分析。液态氮的物性参数见表1。
LNG加气机检定设备在实际应用中，由工作环境的不同，而引起的流体参数变化主要是温度、压力、密度、速度等。对于LNG、液态氮等低温流体来说，密度是温度和压力的函数，速度是质量流量和密度的函数，所以只需分析测量管流体的温度T、进口压力P和质量流量Qm的影响。
采用CFD软件对测量管在质量流量Qm=10、15、20、30、40、60kg/min，流体进口温度T=90K、95K、100K、105K，流体进口压力P=0.8、1.0、1.2MPa对应的72个工况进行模拟。根据模拟结果发现，各个工况流场的状态分布相似。以Qm=20kg/min、T=90K，P=1MPa时的工况为例进行分析.
5 模拟结果分析
表2可以看出，测量管进口压力为0.8MPa、质量流量为10kg/min时，流体温度由90K增加到105K，测量管内压降从0.224kPa增加到到0.247kPa；测量管进口压力为0.8MPa、流体温度为90K时，质量流量从10kg/min增加到60kg/min，测量管内压降的从0.224kPa增加到4.202kPa；流量计质量流量和流体温度不变时，改变测量管进口压力，测量管内压降基本不发生变化。依次分析其余的工况，可以发现测量管内的压降主要是由流量计的质量流量决定，而进口压力和温度的影响相对较小。
由液态氮的热力学性质可知，液态氮的饱和蒸气压力随着温度升高不断提高。当测量管内*低压力低于其温度对应的饱和压力时，将发生空化现象，测量管内流体的压力均小于饱和压力时，则流体的流态将转化为汽液两相流，无论由于空化现象引起的测量管的振动还是汽液两相流的出现，都将严重降低质量流量计的测量精度。测量管内流体接近出现空化现象的程度，可以通过测量管内流体的*低压力与该工况下的饱和蒸气压力差ΔP来反映：ΔP＞0，测量管内流体为单相流且无空化现象，流量计能有很高的测量精度；ΔP=0时，空化现象发生，流量计的测量精度降低；当ΔP进一步减小时，将出现汽液两相流，流量计将不能准确测量。由此可以看出，ΔP＞0的工况区域越大，则流量计准确测量的范围越广，流量计的性能越高。各个工况下的ΔP见表3。
根据表3可以看出：（1）在测量管进口压力和温度不变的情况下，ΔP随着质量流量的增加不断变小，当质量流量由10kg/min增加到60kg/min时，ΔP减小了约4kPa。（2）在测量管进口压力和质量流量不变的情况下，△P随着流体温度的升高不断减小，当流体温度由90℃增加到105℃时，ΔP减小了约738kPa。（3）当测量管进口温度和质量流量不变的情况下，ΔP随着进口压力的增加不断变大，当进口压力由0.8MPa增加到1.2MPa时，ΔP增加了约400kPa。由此可见，ΔP的大小主要是由流体温度和进口压力所决定，而质量流量的影响相对要小的多。由表3可以看出提高进口压力、降低温度均可以使ΔP＞0的工况区域变大，使流量计准确测量范围变宽，达到提高流量计性能的目的。虽然理论上减小质量流量也可以使ΔP＞0的工况区域变大，但实际中流体的温度和流量存在一定的关系，减小流量流体温度升高，增大流量流体温度降低，而流体的温度是影响ΔP的主要因素，所以增大流量也可以达到提高流量计性能的目的。
6 实验结果及分析
由表4可以看出，在实验1、2、3、4、5、6、7、8中，流体温度均等于进口压力下的饱和温度，即测量管内流体为汽液两相流，ΔP＜0，流量计的测量误差较大；在实验9中，流体温度小于进口压力下的饱和温度，即测量管内流体转化为单相流，即ΔP＞0，流量计测量误差很小。当质量流量为40kg/min时，进口压力由1.0提高到1.4MPa时，流量计的误差由0.66%减小到0.26%，其原因是进口压力增加，使ΔP变大，测量管内流体含气率变小，当ΔP增大到大于零时，流体的温度低于其压力对应的饱和温度，流体流态由汽液两相流转化为单相流，从而进入流量计能够准确测量工况范围；当进口压力为1.4MPa，流量计的质量流量从10kg/min增加到40kg/min，单位质量的流体从系统中吸收的热量减少，流体温度降低，使流体温度由110.1K降低到106.3K，使ΔP＞0，进入流量计能够准确测量工况范围。
7 结论
通过数值模拟分析及实验验证，得到提高检定设备性能的方法：
（1）在流量计材料和整个检测系统允许的范围内，尽可能的提高流量计的工作压力，可以使流量计有较宽的温度测量范围和流量测量范围；
（2）在流量计工作压力确定的情况下，应采用各种措施降低被测流体的温度，从而保证流量计在较低的工作压力和较宽质量流量范围内的测量精度；
（3）在一定检定环境下，单位时间内整个检定系统从环境中吸收的热量基本不变，流体的温度随着质量流量的提高而降低，由于温度相对于质量流量对流量计的测量精度影响更大，则可以通过提高流量计流量来达到降低被测流体温度的目的，从而保证LNG流量计有较高的测量精度。
