为提高涡轮流量计的测量精度，对涡轮叶片的中径来流角、叶片宽度和叶片重合度进行优化。根据实际工程经验，优化参数取值的最大变化范围为30％，且相较于原始构型，优化的叶片构型变化不宜过大。因此，本文分别取中径来流角为45°、50°和55°，叶片宽度为45mm、55mm和65mm，重合度为0.9、1.0和1.1。通过正交试验，分别使用α3、h、K表示中径来流角、叶片宽度和重合度3个因素，如表7所示。每个因素有3个水平，分别为1、2、3。选用L9（34）正交表安排试验，如表8所示。
由图1可知，在涡轮流量计的真实管道模型中，存在的偏心流会影响流量计的测量精度。因此，为避免因偏心流对优化结果的影响，在仿真过程中采用直管道进行有限元仿真分析，将图4中的入口上游区域定义为10.5Dｎ，出口下游区域定义为10.5Dn。
本文采用仪表系数线性度误差以评估涡轮流量计的测量精度，如下式
式中：Kmax，ｉ为涡轮流量计在不同流量下得到的仪表系数最大值；Kmax，i为涡轮流量计在不同流量下得到的仪表系数最小值。涡轮流量计正交试验结果与均值如表9和表10所示。由表10可知，α3对应的第3水平均值最小，表明α3取第3水平上的值时线性度误差最小，同理可以得到h和K的取值均为第2水平。根据涡轮流量计在液氧和水介质中的仪表系数比例关系可知，理论上在液氧环境中的最优水平组合为（α3）3h2K2，即中径来流角、叶片宽度和重合度的优化组合为55°、55mm、1。
为对比优化前后涡轮流量计的测量精度，分别对优化所得的涡轮流量计进行有限元分析，得到不同流量下的仪表系数，如图13所示。根据图13中结果计算相应的仪表系数线性度误差，结果表明，优化的涡轮流量计仪表系数线性度误差为0.2770％，相比于原始结构的0.3815%，降低了0.1045％，显著提升了涡轮流量计的测量精度。
为进一步揭示优化后涡轮流量计的测量精度，优化前后涡轮流量计在3599m3/h流量下的涡轮速度分布和流场截面速度分布云图分别如图14和15所示。由图14可知，涡轮的最大转速在叶片顶部，相对于原始涡轮流量计，优化的涡轮流量计的转速更大，运转更加顺畅。
由图15可知，流体在流经优化的涡轮叶片时，流场速度分布较原始流量计更加均匀。综上所述，优化的涡轮流量计的涡轮结构在流场中的旋转稳定性更好，从而使测量精度得到提高。
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