测量技术领域是服务于国防建设和国计民生的重要技术领域,随着近年来经济的发展、科技的进步,用户对于相关计量产品的需求在不断扩大,要求也在不断提高,因此对于可靠性好、流量测量精度高的流量仪表的研发逐渐成为当前的研究热点。超声波流量计与其它类型的传统流量计相比有着量程比大、流量精度高等优点。本文以DN40超声波气体流量计为例使用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics CFD)技术研究了编号为a～e的5种结构方案的流动特性,并选取其中一种方案进行流场和声场耦合计算,此外还研究了通过改变流道壁面形状来降低反射波对测量声道上主波影响的问题。本文采用仿真的方法,使用流体计算软件FLUENT对所设计的方案进行了流动特性的分析计算。5种方案的组成结构类似,均由进口稳压腔、出口稳压腔和形状为长方体的扁平测量段组成,但其进口处的挡流板与测量段进口整流部分各不相同。5种方案中,两种方案的测量段进口截面尺寸与测量段中部相同,它们的不同之处仅是挡流板的有无;其他三种方案的进口截面尺寸与测量段中部不同,且其挡流板倒角和测量段进口形状也略有差异,其中一种方案还在流道内增添了整流片。通过仿真计算可以得到不同方案在三种流量下的速度与流线分布,根据各方案在不同流量下的线面速度比K系数和其标准差ΔK分布曲线分析了不同结构参数的方案对流动特性的影响,进而得到较优化的方案。比较5种方案可知,它们的K系数均随流量的增大呈现先减小后趋于平缓的变化趋势,且方案e的标准差ΔK最小,流速分布最为均匀。对超声波流量计内的耦合场进行分析时采用了间断有限元法,并使用COMSOL软件计算流量计内的声传播过程。为分析本文设计的流量计在额定流量范围内的声波传播情况,以5种方案中的一种为例,比较了不同流量不同时刻下的波阵面分布和接收端声压值变化。为降低反射波对主波的影响,在流量计流道内壁面上添加了不同尺寸的螺纹,根据声压值的变化规律来确定这种方法是否能起到优化声场的作用。仿真结果表明,设置了 1mm螺纹的流量计可以较为明显地削弱反射波,改进声场。此外,还利用接收端上的声压平均值与波阵面在不同时刻的位置来确定仪表主板电路采集的时间窗口。本文对于超声波流量计结构特征与流量特性的研究和耦合场中声波的分析结果,为其后续研究工作提供了的重要的理论依据和参考价值。