[发明专利]一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法

说明书

本发明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_e的跨度区间；将R_e的跨度区间在对数坐标轴上等分；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；对各个工况点进行数值计算，计算收敛后获取流场数据；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；计算出沿声道线的平均声速；求出多声道超声流量计在各声道线上的平均声速；并获得各工况条件下的测量轴向平均流速；求得各工况的实际轴向平均流速；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，并求平均，得到平均测量偏差；在多声道超声流量计中对其测量值进行速度剖面修正；得到的平均轴向流速。

技术领域

本发明属于流量测量技术领域，具体涉及一种适用于多声道超声流量计的流量计算方法。

背景技术

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)。

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：

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。

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：

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：

q_v＝VA

式中，q_v为体积流量；A为流体截面积。

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。

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。

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。

以上即为当前主流多声道时差法超声流量计的测量原理。

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。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明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。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

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：