多聲道超聲波氣體流量檢測技術(shù)仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、傳播時(shí)間式超聲波流量檢測技術(shù)在氣體管道輸送得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)氣體流量檢測儀表相比，超聲波氣體流量檢測儀表具有雙向性、精度高、重復(fù)性高、內(nèi)部無移動(dòng)部件和幾乎無管道內(nèi)壓損等優(yōu)勢，成為氣體輸送和貿(mào)易的首選。在中國，作為國際天然氣貿(mào)易的法定計(jì)量儀表，超聲波氣體流量計(jì)有很大的發(fā)展和應(yīng)用潛力。但在具有一系列優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，超聲波氣體流量計(jì)也存在精確度受到流體流動(dòng)影響嚴(yán)重的問題。
　　本文關(guān)注超聲波氣體流量儀表在管道內(nèi)流體流動(dòng)影響下的計(jì)量效果。采

2、用計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，建立可靠的數(shù)值仿真分析模型，制作超聲波多聲道氣體流量計(jì)樣機(jī)，搭建流量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究管道氣體的流動(dòng)特點(diǎn)和超聲波流量計(jì)量效果。主要工作和研究成果如下:
　　1.采用CFD研究氣體在管道中流動(dòng)的特性及流速分布對超聲波流量計(jì)量的影響。建立管道氣體流動(dòng)模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選取可靠的控制方程進(jìn)行求解;提出一種模擬超聲波流量計(jì)原理的計(jì)算聲波

3、渡越時(shí)間的新方法來處理仿真數(shù)據(jù)，用于本文所有的CFD仿真分析。研究長直圓形管道內(nèi)的流體在層流和湍流兩種狀態(tài)下的流動(dòng)特性和分別使用單聲道和多聲道超聲波氣體流量計(jì)計(jì)量的效果。模擬90°單彎管、180°雙彎管等阻流件下游氣體流動(dòng)，分析流速分布特點(diǎn)，研究非理想流速分布對超聲波流量計(jì)量各個(gè)聲道上流速測量和流量計(jì)精度的影響并分析討論。
　　2.制作超聲波氣體流量計(jì)樣機(jī)，搭建超聲波氣體流量計(jì)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在低速區(qū)和非低速區(qū)分別使用單聲道和多聲道流

4、量計(jì)進(jìn)行的流體計(jì)量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果。比較過零檢測法和互相關(guān)法兩種檢測超聲波渡越時(shí)間的方案，分析各自適用的流速范圍;針對高速流動(dòng)氣體中超聲波渡越時(shí)間數(shù)據(jù)離散程度大的現(xiàn)象提出分流速區(qū)選取參考波形的方案;對阻流件下游的非理想流速分布流體的超聲波流量計(jì)量進(jìn)行研究;討論溫度壓力變化對計(jì)量的影響。
　　3.提出一種基于Levenberg-Marquardt算法用于多聲道超聲波氣體流量計(jì)聲道積分計(jì)算權(quán)系數(shù)的新方法。由于能根據(jù)不同安裝情況下管道流

5、體流速分布狀況選取權(quán)系數(shù)，與傳統(tǒng)的多聲道超聲波流量計(jì)聲道積分權(quán)系數(shù)方案相比，該方法可有效提高多聲道流量計(jì)的精度。為探討基于LMA的積分計(jì)算方法的適應(yīng)性，在90°單彎管下游和180°雙彎管下游的不同位置安裝Gauss-Legendre布局六聲道超聲波氣體流量計(jì)，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明該方法可提高多聲道流量計(jì)在測量非理想流速分布管道氣體流量的精度。由于阻流件下游流速的非對稱分布，不同的聲平面安裝角度會(huì)帶來不同的測量偏差，與彎管平面呈一定角度安