一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法技术

本发明专利技术公开一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法，包括如下步骤：计算流场雷诺数R

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法


[0001]本专利技术属于流量测量
，具体涉及一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法。

技术介绍

[0002]时差法超声流量计是目前市面上比较主流的一种流量测量装置，通过测量超声波在顺流和逆流传播过程中的时间差来计算流体的流速。如图1所示，管内平均流速为V，管内直径为D，两个换能器中心连线与流动方向夹角为φ，声道长度为L(声道是指超声波信号在成对的超声换能器间传播的实际路径)。
[0003]声波在流体中的实际传播速度由介质静止状态下声波的传播速度c
f
和流体轴向平均流速V在声波传播方向上的分量组成。声波在顺流和逆流传播时间可以表示为：
[0004][0005][0006]式中，t
d
为超声波在流体顺流传播的时间；t
u
为超声波在流体逆流传播的时间。
[0007]联立以上两式求解，可以得到管内流体轴向平均流速的表达式：
[0008][0009]通过理想流场条件建立管内流体轴向平均流速与被测声道轴向平均流速的关系，再乘以流体截面面积，可以获得流体体积流量，如下式所示：
[0010]q
v
＝VA
[0011]式中，q
v
为体积流量；A为流体截面积。
[0012]以上即为单声道超声流量计测量原理。单声道流量计只有1条声道流速，对流动状态的变化较为敏感。为了提高超声波流量计的测量准确度，在待测截面上平行地布置多条声道，获得的声道速度可代表待测截面上相应平行条带内的平均速度。对于圆形管段，采用Gauss
‑
Legendre积分方法来计算圆形管道内流量，如图2所示，下式为体积流量计算公式。
[0013][0014]式中，n为声道数；W
i
为i声道上的加权系数；x
i
为r
i
/R；V
i
为i声道上的轴向平均流速。
[0015]当声道数n确定时，存在最优一组W
i
、x
i
值使q
v
的计算精度达到最高。
[0016]以上即为当前主流多声道时差法超声流量计的测量原理。
[0017]对于多声道超声流量计，在求解流量时采用数值积分方法，通过采用有限数量声道加权求和的方法来求解体积流量。该方法是一个普适性的计算方法，并未考虑管内流体
速度剖面变化对计算结果的影响。如图3所示，当流场条件(如雷诺数)在较大范围内变化时，管内流体速度剖面会产生变形，亦或者测量位置上游管段条件较差，直管段条件不足，速度剖面为非对称布置，均会影响测量精度。

技术实现思路

[0018]有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法。
[0019]为了达到上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
[0020]一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法，包括如下步骤：
[0021]1)根据多声道超声流量计的使用需求及设备参数，确认测量位置上、下游管段的布置形式，包括直管道长度、弯头数量、弯头结构、是否有阀门、是否存在变径等；确认超声换能器间管道直径、壁面粗糙度；确认管道内流体参数变化范围；
[0022]2)根据管道内流体参数的变化范围，计算出流场雷诺数R
e
的跨度区间[R
e min
，R
e max
]；
[0023]3)将R
e
的跨度区间在对数坐标轴上等分，获得n个雷诺数节点，n≥7，通过不同流量、温度、压力组合为每一个雷诺数设计m个流场工况点，m≥3；
[0024]4)在数值仿真软件中搭建超声流量计所测量的系统模型，并设置数值仿真计算的边界条件；
[0025]5)基于步骤4)中的系统模型，对各个工况点进行数值计算，计算收敛后获取流场数据；
[0026]6)采用Gauss
‑
Legendre数值积分方法确定多声道超声流量计的声道位置和加权值，并计算轴向平均流速；
[0027]7)导出各条声道线在坐标轴中的坐标参数和速度坐标参数，并计算出沿声道线的平均声速；
[0028]8)对其它各声道参数重复步骤7)，求出多声道超声流量计在各声道线上的平均声速；并重复步骤6)，获得各工况条件下的测量轴向平均流速V
measure
；
[0029]9)采用换能器中间截面上的轴向平均流速作为理论真值，通过积分方法求得各工况的实际轴向平均流速V
acutal
；
[0030]10)计算各工况下的测量平均轴向流速与实际平均轴向流速的偏差；
[0031]11)对各雷诺数条件下的测量偏差求平均，得到平均测量偏差；
[0032]12)对平均测量偏差和雷诺数进行多项式拟合，得到拟合公式；在多声道超声流量计中对其测量值进行速度剖面修正，修正系数为：
[0033][0034]式中，K
σ
为修正系数，σ'为平均测量偏差；
[0035]13)根据修正系数修正测量得到的平均轴向流速。
[0036]根据本专利技术的一些优选实施方面，步骤1)中的流体参数包括流量、压力、温度。
[0037]根据本专利技术的一些优选实施方面，步骤2)中的流场雷诺数R
e
通过如下公式计算得到：
[0038][0039]式中，ρ为流体密度；V为管内轴向平均流速；d为管道直径；μ为流体运动粘度。
[0040]根据本专利技术的一些优选实施方面，步骤4)中的系统模型的建模范围以超声流量计测量点为基准，上游管路至少50D，下游管路至少20D。
[0041]根据本专利技术的一些优选实施方面，步骤4)中的边界条件以步骤3)中各个工况条件下的体积流量、流体温度、流体压力作为数值计算的边界条件。
[0042]根据本专利技术的一些优选实施方面，步骤6)中的轴向平均流速通过如下公式计算得到：
[0043][0044]式中，V
measure
为轴向平均流速，V
i
为声道线上的平均声速，x
i
为多声道超声流量计的声道位置，w
i
为多声道超声流量计的声道位置的加权值。
[0045]根据本专利技术的一些优选实施方面，步骤7)中的沿声道线的平均声速通过如下步骤计算得到：
[0046]1)设定AB声道上某点R在x、y坐标系中的位置坐标为(L
Rx
，L
Ry
)，速度坐标为(V
Rx
，V
Ry
)；
[0047]2)以A(L
Ax
，L
Ay
)为原点建立AB方向上的单轴坐标系，R点的位置坐标为相对于点A的距离速度值为R的位置和速度坐标为标为
[0048]3)通过如下公式计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据多声道超声流量计的使用需求及设备参数，确认测量位置的上、下游管段布置形式，并确认超声换能器间的管道直径和壁面粗糙度，以及确认管道内流体参数的变化范围；2)根据管道内流体参数的变化范围，计算出流场雷诺数R
e
的跨度区间；3)将R
e
的跨度区间在对数坐标轴上等分，获得n个雷诺数节点，n≥7，通过不同流量、温度、压力组合为每一个雷诺数设计m个流场工况点，m≥3；4)在数值仿真软件中搭建超声流量计所测量的系统模型，并设置数值仿真计算的边界条件；5)基于步骤4)中的系统模型，对各个工况点进行数值计算，计算收敛后获取流场数据；6)采用Gauss
‑
Legendre数值积分方法确定多声道超声流量计的声道位置和加权值，并计算轴向平均流速；7)导出各条声道线在坐标轴中的坐标参数和速度坐标参数，并计算出沿声道线的平均声速；8)对其它各声道参数重复步骤7)，求出多声道超声流量计在各声道线上的平均声速；并重复步骤6)，获得各工况条件下的测量轴向平均流速V
measure
；9)采用换能器中间截面上的轴向平均流速作为理论真值，通过积分方法求得各工况的实际轴向平均流速V
acutal
；10)计算各工况下的测量平均轴向流速与实际平均轴向流速的偏差；11)对各雷诺数条件下的测量偏差求平均，得到平均测量偏差；12)对平均测量偏差和雷诺数进行多项式拟合，得到拟合公式；在多声道超声流量计中对其测量值进行速度剖面修正，修正系数为：式中，K
σ
为修正系数，σ'为平均测量偏差；13)根据修正系数修正测量得到的平均轴向流速。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤1)中的流体参数包括流量、压力、温度。3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤2)中的流场雷诺数R
e
通过如下公式计算得到：式中，ρ为流体密度；V为管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鼎，杨杰，邓德兵，赵清森，王加勇，陈伟，
申请(专利权)人：中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：