近年来,超声波流量计的市场占有率和产值都在大幅度提高,气体超声波流量计的销售份额更是超过了 70%。同其他流量计相比,超声波流量计具有计量精度高,压力损失小,量程比大,易安装维护等诸多优点。由于工业化进程的加快,低碳经济得到更多的重视,气体流量计作为天然气计量的基础工具,如何提高气体超声波流量计测量精度的问题亟需解决。流场适应性问题中的安装效应带来的测量误差为影响超声波流量计测量精度的主要因素。对于中小口径的超声波流量计,由于测量段空间有限,很难进行多声道布置。本文以DN40单声道气体超声波流量计为研究对象,为了提高流场适应性,对流量计测量段进行结构优化。通过数值模拟和实验相结合的方法做出了以下研究:1、针对流量计上游存在弯头扰流的情况,对测量段进行结构改进,设计了五种不同尺寸的缩径和变矩形截面结构方案。通过CFD技术设置了不同的入口流量,对其在各个结构尺寸下的流场进行仿真分析,得到了测量段流场速度分布。根据测量段速度分布,表明缩径和变矩形截面结构均能改善流场速度分布。通过进一步研究相同测量段直弯管的K系数得出变矩形截面结构优于缩径结构的结论,在考虑压力损失的情况下,矩形截面长宽比为1.6时已经满足要求。采用实验方式研究了原基表结构和长宽比为1.6的矩形截面结构的测量性能,通过仿真和实验结合,证实测量段为变矩形截面结构、且长宽比为1.6时为减小弯头扰流进而提高流量计测量精度的较优结构。2、针对流场脉动因素对超声波流量计瞬时线速度的影响。首先通过数值模拟研究了原基表结构、缩径结构和变矩形截面结构在不同雷诺数下的瞬时线速度波动,发现变矩形截面结构的瞬时线速度容易受到流场脉动的影响。在测量段矩形结构的基础上加入导流片,设计了三种不同的导流片布置方案,通过数值模拟得到了不同雷诺数下各个方案的瞬时线速度波动图,发现相较于未加入导流片时的情况,加入导流片后瞬时线速度波动得到了减缓。对数值模拟结果进行了定量分析,得到了瞬时线速度的方差,通过比较瞬时线速度方差的大小,证实了方案Ⅲ的效果优于方案Ⅰ和方案Ⅱ。通过实验间接比较方案Ⅰ和方案Ⅲ下的瞬时流量波动,得到了方案Ⅲ为抑制流场脉动的较优结构。3、通过综合分析了弯头扰流和流场脉动的共同影响,对矩形导流片结构进行流场分析,得出了矩形导流片结构流场速度分布依然比较均匀。进一步比较相同测量段结构的直弯管K系数,得出相较于未加入导流片,加入导流片对弯头扰流带来的影响,测量精度稍有提高,同时抑制了流场脉动的影响。矩形导流片结构（测量段矩形长宽比为1.6,加入两片导流片）为减小安装效应带来的误差,提高超声波流量计测量精度的优化结构。本文通过结构改进对超声波流量计流场适应性研究的分析结果,为相关后续研究提供了一定的参考依据。