单弯管下游超声流量计的安装和测量性能研究

对大管径多声道超声流量计在单弯管下游流场中的安装和测量性能进行了数值仿真研究,分析了超声流量计在0.1 m、1 m和10 m口径下不同流速、声道数、旋转角以及前直管段长度时测量误差的变化规律。仿真结果表明,交叉声道布置形式对弯管产生的二次流所引入的横向测量误差有很好地抑制作用;对于大口径弯管下游流量测量,采用交叉4声道且将超声流量计安装在弯管下游5D位置可以获得1%的精度,且随着声道数的增多测量误差有减小的趋势;相同雷诺数时的测量误差基本相同。研究结果可为大管径多声道超声流量计的实际安装和使用提供一定的参考。     

基于神经网络的多声道超声气体流量计研究

在以弦向声道布置的多声道超声气体流量计原理的基础上,采用Gauss-Legendre数值积分和线性神经网络相结合的方法完成自适应调整权系数的多声道超声气体流量计建模。在建模过程中,根据Legendre正交多项式的节点值,计算多声道超声换能器的位置分布值,再按照Widrow-Hoff学习规则,由leanrwh函数求解出各声道的层流流速和权系数值表,最后根据实时测量出的层流流速,通过插值算法自适应匹配一组最佳的权系数值,计算出流速和流量值。并以4声道交叉布置方式的超声气体流量计为例,进行测量误差仿真实验和物理实验,误差均能满足实际测量要求。     

CPU卡预付费多声道超声波流量计的研究

为解决超声波流量计无预付费功能,且单声道超声波流量计计量可靠性低.本文研究了一款CPU卡预付费多声道超声波流量计,集气体超声波流量计基表、CPU卡流量补偿控制仪、卡控阀门于一体,具有流量计量和控制的功能.该款CPU卡预付费多声道超声波流量计结构紧凑,能够对涡流和不对称流进行检测,可靠性高.     

超声流量计探头安装位置对测量影响数值仿真研究

超声流量计非实流标定方法中一个尚待解决的问题是超声探头安装位置对流量测量的影响,该问题始终制约着超声流量计非实流标定技术的发展.为解决这一难题,提出利用计算流体动力学数值仿真来研究这一问题的方法.基于实流试验获得超声流量计探头位置对其测量结果的定量影响,并将其作为数值仿真依据,探索仿真模型建立方法;在验证数值仿真方法的基础上对超声探头的两个典型安装位置--全伸和全缩进行研究;通过分析流场流动机理、各声道速度分布以及探头处的流场变化,最终获得探头安装位置对流量测量的影响规律以及产生的测量误差.两个安装位置相比,探头全伸比全缩测量效果更好,即推荐探头全伸为超声流量计探头最佳安装位置.     

超声流量测量中换能器对流场扰动机理研究

超声流量计从原理上讲是可以实现非实流标定的一类流量计,但目前国内外仍未普遍推行该技术的一个重要原因是超声换能器对流场扰动影响的研究尚需深入,特别对于中、小口径超声流量计,换能器对流场的扰动作用、对测量精度的影响更为严重。利用计算流体力学数值仿真方法研究换能器对流场的扰动机理,前期已通过实流试验验证仿真方法正确性,在此基础上重点分析DN100超声流量计分别在单面、交叉1、2、4六种声道布置形式下,换能器插入深度对流速分布、测量误差的影响规律。研究结果表明,换能器对流场的节流作用使得采用交叉声道布置形式、换能器全部插入管道时的测量效果最好,测量误差最小;随着布置声道数目逐渐增多,换能器对测量误差的负向影响越大。     

探头扰流对多声道超声波流量计测量结果影响研究

为了研究探头扰流对高精度多声道超声流量计测量结果影响的机理,基于计算流体力学数值仿真技术对超声波流量计内部三维流场进行仿真,并对探头附近流场进行分析。提出了一种用8个面的平均速度替代声道位置平均速度的数据提取方法,适用于扰流对测量结果影响的定量分析。对比未带扰流和带有扰流的仿真模型,结果表明：探头处的扰流对积分结果带来的最大误差为0.60%。用K系数修正消除系统误差后,得到因探头扰流引起的最大积分误差为0.16%。     

多声道气体超声流量计在城市煤气的应用

一概述 1．气体超声流量计进入市场的机遇 在我国以前常用孔板、罗茨（腰轮）、涡轮和膜盒式等气体流量计来测量城市燃气的流量,直到上世纪90年代中后期才掀起使用气体超声流量计（Gas UItrasonic Flowmeter,GUSF）热潮,成为继孔板、涡轮流量计之后的一类重要的天然气用流量计,在“西气东输”的干线中将气体超声流量计作为流量计量的首选仪表。     

气体超声流量计声道的设计与应用

介绍气体超声流量计的组成、工作原理以及声道设计原理,着重分析和阐述了声道的形式和数量对流量测量精度的影响,以及不同声道组合形式对应用条件的要求,为产业化设计和应用提供了依据。     

气体超声流量测量中的补偿算法及实现

多声道超声流量计相比单声道超声流量计有更好的流场适应性、更高的测量精度和更优的测量可靠性。单声道气体超声流量计出现故障时,流量计不能正常工作,计量功能失效;而多声道超声流量计有冗余性,当其中1个声道失效时仍能保持较高的计量精度,为维修人员争取一定的抢修时间。目前国内很多流量计产品在某些声道损坏的情况下并不能保证计量准确性。该文针对出现故障声道设计了1种基于正常声道数据和各声道独立校表的补偿算法,保证多声道气体超声流量计出现1路故障声道时仍能准确计量。对比测试了不同型号4声道气体超声流量计无故障声道、出现1路故障声道时带补偿算法和不带补偿算法时的示值误差和重复性,以验证补偿算法的有效性。该研究对于设计多声道气体超声流量计的工程人员有一定的指导意义。     

超声波流量计的弯管误差分析及修正研究

针对中小口径超声波流量计的弯管二次流误差问题,运用数值仿真技术,分析了弯管二次流垂直误差与水平误差,由二次流流线规律推导出了二次流误差的计算公式。结合实际的流量计测量范围,设定雷诺数的变化范围为3 000~50 000,定量分析了安装在弯管下游5D、10D、20D位置的流量计在不同雷诺数下的误差规律。提出了"用压力差来表现二次流强度,最终结合误差规律通过测量压力差来对弯管二次流误差进行修正"的方法。研究结果表明,在雷诺数29 000之后,10D处的二次流垂直误差超过了5D处的误差,二次流垂直误差和水平误差的最大值分别约为1.2%和0.7%,经过仿真验证结果表明,该修正方法可行。     

超声波流量计中反射装置的声-固耦合分析

对超声波流量计中的反射装置进行有限元模拟计算,利用声-固耦合的方法将流体域内的声压和固体域中的结构变形联系起来。在流体域内求解Helmholtz方程,得到的声压作用于固体表面使得超声波反射装置受到载荷,而结构变形在固体边界的法向上产生结构化加速度。选取一款超声波流量计的反射装置并将其置于无限大空间中,通过一个球体对计算区域进行分割得到有限元计算区域,将超声波换能器简化为垂直入射计算区域的平面波。通过对硬边界、铝材料和不锈钢的模拟结果进行对比,分析3种情况下超声波传播过程中3条路径上的声压级变化,得出固体域的结构变形对超声波传播过程中声压分布产生影响;不锈钢材料宜作为反射装置的材料。     

结构参数对超声波流量计水流特性影响的研究

超声波流量计应用于小管径时,在基表内部加装反射装置,延长声程,提高测量精度。反射装置对超声波流量计基表内水流特性影响较大,为了优化表内水流特性,本文针对U型反射的特点提出两种改进措施:反射柱上部削平部分和在此基础上加装导流片。利用SST K-ω模型,对3种基表内水流特性进行数值模拟,分析3种基表内流场分布、声道流速稳定性和压力损失。结果表明,反射柱上部削平部分没有改善流场分布,而在此基础上加装导流片流场明显得到改善,同时两者均增加了声道流速稳定性和减小了压力损失,但后者效果更为显著。     

反射装置对超声波流量计水流特性影响的研究

时差式超声波流量计加装超声波反射装置后对其基表内水流特性影响很大,研究采用标准k-ε模型,计算了采用不同的超声波反射装置和不同的通道结构时,过流通道内的各声路K系数值及标准差值;研究了超声波反射片与管壁间隙的大小对过流通道内水流特性的影响,得到了间隙值与K系数及其标准差值的关系;研究了超声波反射片在中心轴线上的距离对过流通道内水流特性的影响,得到了反射片轴向距离改变与K系数及其标准差的关系;研究了一种新型的渐缩通道结构对超声波流量计过流通道内水流特性的影响.最后,在综合计算结果分析得到最优声道的基础上,计算了该声道不同流量点下的水流特性,给出了K系数分布曲线.     

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析.理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修止系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义.     

Computational modeling of dilute gas-particle flows in an ultrasonic gas flowmeter

A computational procedure is presented to predict particle-laden turbulent gas flows in an ultrasonic flowmeter using curvilinear coordinates. The Eulerian-Lagrangian hybrid model is used for the two-phase flow predictions. The turbulent gas phase is formulated using the Eulerian governing equations whereas the particle phase is formulated using the Lagrangian governing equations. The effect of the gas turbulence on discrete particle dispersion is accounted for using a particle-eddy interaction model. An efficient numerical algorithm is described to locate particles with an optimized search path in three-dimensional Eulerian control volumes. Numerical results are compared with experimental measurements for both the gas and particle phases. In addition, the sensitivity of particle deposition onto the meter-duct wall is investigated by using different particle diameters and densities.     

耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究

针对气液固三相磨粒流抛光研究中流场分布不均问题,对气液固三相磨粒流中的湍流分布、湍流峰值分布、能量分布、温度分布和加工质量等方面进行了研究,对气液固三相磨粒流的抛光方法和抛光问题进行了归纳,提出了一种耦合超声场的气液固三相磨粒多物理场数值模拟方法,利用超声场的交变声压增加了气液固三相磨粒流流场的扰动,改变了流场分布。研究结果表明:不同的超声频率和声压幅值会带来不同的流场分布,其中频率为20 k Hz、声压幅值为30 k Pa的超声场所得的流场分布最优。该研究成果对气液固三相磨粒流抛光方法的推广与实际运用具有重要意义。     

管道爬行机器人结构研究

设计了管道爬行机器人,其采用伸缩式伞形结构,可适应大范围内径变化的管道要求。采用吊篮可始终保持摄像装置与水平面平行,控制机身电机实现机腿的伸缩,使其能顺利通过十字型和丁字型等较复杂的管道,是一种实用有效的管道维修和维护探测装置。     

Method of measuring the change in volume of a diaphragm bellows used in a volume displacer of a constant-pressure gas flowmeter (with a practical guide)

Construction of constant-pressure gas flowmeters utilizing directly driven bellows and diaphragm bellows as volume displacers were described in recent decades. They have important advantages: accuracy, reliability, easy operation and maintenance.Difficult is to scale sufficiently accurately the changes in volume at compression, to evaluate the uncertainty of this measurement, and to include all the emerging uncertainties into generated throughput uncertainty budget.A compensation method has been proposed for precise measurement of this dependence. This paper presents guides for the implementation of it. The requirements that must be met to achieve a very low uncertainty are described. The method was used for measuring two diaphragm bellows of different sizes as example illustrating achievable values. The attained uncertainty of measurement is analyzed and a procedure is described for determination of the volume of the displaced gas and its uncertainty when using a directly driven diaphragm bellows in a constant-pressure gas flowmeter.