热计量的应用对调整、控制建筑热耗效果明显，伴随着供热管网覆盖区域的大幅增加以及对供暖品质要求的提升，超声波热量表得到了广泛应用。温度和流量是实现热计量的基础，由流经管路和热量表的水流提供，工程应用中热网条件的变化使水流流动受到影响，导致热量表所需计量信号出现偏差以及热计量精度的下降，因此研究水流流动特性变化对超声波热量表计量性能的影响具有重要的理论意义和实用价值。流经热量表的水流流动状态有完全湍流、过渡区流动以及层流，分析多种型号超声波热量表在常用流量下的工作状况，发现表内多处于完全湍流和过渡区流动状态，两种流动状态下流场分布各具特点，对温度和流量信号有不同影响。本文以完全湍流和过渡区流动条件下使用的超声波热量表为对象，研究管网内水流流动特性对超声波热量表计量性能的影响，为工程应用中热量表计量精度的提高提供借鉴，完成的主要工作如下:
　　1.搭建了热量表试验台，在二次热网对TDS-100F超声波热量表进行了多工况运行实测，根据基表的安装条件，利用多个测点的温度数据分析不同管路条件下水流流动对测温结果及热计量精度的影响。试验结果表明管路条件的变化影响了水流流动，流场扰动改变了水流温度场的分布，使铂电阻的热交换过程发生变化，导致在不同测点安装的铂电阻测温结果出现差异。测试系统中邻近弯头安装的铂电阻位置系数为0.183，水流速度为1.06m/s时弯头扰动导致热量表的总误差出现最大值4.39％，随流速增加铂电阻测温过程受到的影响降低，计量精度得到改善，流速为1.67m/s时总误差降低到3.68％。试验条件下各工况参数对热量表工作过程的影响程度不同，供水温度在热计量值的变化中起主导作用，流速1.67m/s、供水温度60.2℃、回水温度36.2℃、室外平均气温4.6℃的工况条件对热计量值的变化影响最大。
　　2.模拟了热量表的内部流场，分析不同工况下水流的流动特点，研究了直管段长度和弯头分布形式对热计量精度的影响。弯头引起的流场扰动影响了流动的线/面速度比，导致热计量误差的增加，热量表前置弯头对流量计量的影响大于后置;前、后均有弯头时，异侧分布的影响大于同侧分布。各种布置方式中仅有后置弯头对流量计量精度的影响最小，异侧分布方式影响最大。利用模拟结果得出了不同设置方式下满足计量精度要求所需的表前、后直管段的最小长度，不同流动条件下后置弯头的最大流量计量误差为2.04％，弯头异侧分布时为2.08％。
　　3.根据流经小口径超声波热量表的水流流动状态多处于广义过渡区(雷诺数介于2320～13800)的特点，搭建了多普勒测速试验台，对雷诺数介于2000～16000的共28个流动状态进行了测试，分析了不同流动状态下水流流动的变化特点以及对流动过程的影响，研究了过渡区流动速度场分布与雷诺数的关系。结果表明过渡区流动中雷诺数小于5800的流动速度不均匀系数值较大，速度分布的不均匀性影响了流动的线/面速度比，导致流量计量误差的变化。雷诺数为3800时线/面速度比平均值为0.73，流量误差为2.57％;雷诺数大于5800后水流流动特性的变化使速度分布的不均匀性降低，雷诺数为12000时线/面速度比平均值上升到0.93，流量误差下降为2.13％。
　　4.利用DNS程序(Direct Numerical Simulation)直接求解N-S方程，对广义过渡区内雷诺数介于2400～5800的多个流动状态进行了模拟计算，获得了过渡区流场的分布情况。结果表明DNS得到的数据与试验值吻合较好，在接近管壁的区域也具有较好的一致性。过渡区流动的速度场分布与流动状态密切相关，随雷诺数的增加，反映脉动特性的高阶统计量偏斜度和平坦度的变化特点表明流动参数的波动性和随机性增强，流场脉动特征也随之变化，促进了流体质点间的能量交换，流场分布的不均匀性降低。模拟结果中雷诺数为2800时线/面速度比平均值为0.71，流量误差为2.71％，;雷诺数达5800时分别为0.83、2.34％，速度场较好的均匀性使线速度更接近面速度，降低了流量计量误差，有利于热量表计量精度的提高。