TeerajajatenaMaagaasi ultraheli voolumõõturMõõtetööstuses oleme viimase 5 aasta jooksul avastanud, et linna gaasijuhtmevõrkude pideva laienemise ja gaasi mõõtmise täpsuse nõuete pideva parandamisega on traditsioonilised mehaanilised gaasiarvestid järk-järgult paljastanud probleeme, nagu suur kulumine, piiratud väljalülitusaste ja halb kohanemisvõime gaasi töötingimustega pikaajalisel tööl-. Need probleemid raskendavad tänapäevaste gaasimõõtmisnõuete täitmist kõrge täpsuse, intelligentsuse ja pika kasutusea osas. Ultraheli maagaasi voolumõõturid on tänu oma eelistele, kuna neil puuduvad mehaanilised liikuvad osad, suur pöördeaste, madal rõhukadu ning digitaliseerimise ja kaugsuhtluse lihtsus, muutunud järk-järgult oluliseks valikuks gaasivoolu mõõtmise valdkonnas. Hanketöötajatel on oluline mõista järgmist sisu enne otsuste tegemist.
Voolukiiruse jaotuse uurimine
Kuna vedeliku voolukiiruse jaotus torujuhtme sees mõjutab otseselt ultrahelisignaalide levimisteed, põhjustab ebaühtlane voolukiiruse jaotus ultrahelisignaalide hajumist ja erineval määral nõrgenemist torujuhtmes levimise ajal, mille tulemuseks on sellised nähtused nagu madal signaali - ja -vastuvõetud helitugevuse helitugevuse suhe. Seetõttu on gaasi voolukiiruse ühtlase jaotuse tagamine torustikus eelduseks mõõtmistäpsuse nõuete täitmiseks.ultraheli gaasivoolumõõturid.
Tavaolukorras võib viskoossete jõudude poolt mõjutatud vedelikuvool tekitada kaks peamist voolurežiimi (laminaarne vool ja turbulentne vool), mis on samuti seotud selliste teguritega nagu voolurežiim ja vedeliku kinemaatiline viskoossus, vedeliku omadused ja torujuhtme parameetrid. Neid kahte voolurežiimi eristatakse tavaliselt Reynoldsi numbriga (Re).
Kui Re Less kui 2300 või sellega võrdne, on vedelik laminaarse voolu olekus. Sel ajal on viskoosse jõu mõju vedelikuosakestele suurem kui inertsiaaljõud, voolurežiim on suhteliselt stabiilne ja turbulentseid nähtusi pole, kuid eksisteerivad ainult aksiaalkiiruse komponendid. Kiiruse jaotus on ühtlane, esitades paraboolse kuju. Voolukiirus on ümmarguse toruseina lähedal väiksem ja suureneb järk-järgult torujuhtme keskpunkti suunas, kusjuures kiirusprofiil on näidatud joonisel 3.29.
Voolukiirus ümmarguse toru igas punktis on seotud ainult kaugusega r sellest punktist torujuhtme teljeni ja selle kiiruse jaotuse seadust saab väljendada järgmiselt:
kus: vr on voolukiirus kaugusel r torujuhtme teljest; v_m on voolukiirus torujuhtme teljel, mis on maksimaalne voolukiirus kogu ristlõikes; R on torujuhtme raadius.
Joone-keskmise kiiruse ja pindala-keskmise kiiruse vahelist seost saab vastavalt vm abil väljendada järgmiselt:
Lahendades võrrandeid (3.16) ja (3.17) samaaegselt, saab Reynoldsi paranduskoefitsiendi ja seda väljendada järgmiselt:
Kui Re on suurem või võrdne 4000, on vedelik turbulentses olekus. Sel ajal on inertsiaaljõu mõju vedelikuosakestele olulisem, voolurežiim on suhteliselt kaootiline, aksiaalsed ja pikisuunalised kiiruse komponendid eksisteerivad samaaegselt, kiiruse jaotus on ebaühtlane, turbulentse takistus suureneb ja kiiruse profiil on näidatud joonisel 3.30.
Kuna turbulentse voolu levimisprotsessis puuduvad asjakohased teooriad ja spetsiifilised analüütilised meetodid, kasutavad insenerid uuringute edasiseks edendamiseks tavaliselt võimsusridu, et arvutada ligikaudne kiiruse jaotus ringtorudes turbulentsetes tingimustes, mida saab väljendada järgmiselt:
Kus: n väärtus on seotud torujuhtme pinna kareduse ja Reynoldsi arvuga. Ideaalsetes tingimustes, kus torujuhtme sisesein on sile, saab n ja Re vahelist suhet väljendada Prandtli valemiga järgmiselt:
See tähendab, et kui Reynoldsi arv on teada, saab arvutada n väärtuse, määrates seeläbi joonisel 3.30 näidatud turbulentse kiiruse jaotuskõvera. Joone-keskmise kiiruse ja ala-keskmise kiiruse vahelist seost saab väljendada vastavalt kasutades v_m järgmiselt:
Lahendades võrrandid (3.21) ja (3.22) samaaegselt, saab Reynoldsi paranduskoefitsiendi ja n vahelise seose saada järgmiselt:
Täielikult arenenud turbulentses torujuhtmes võib Reynoldsi paranduskoefitsiendi ja Re vahelist suhet väljendada järgmiselt:
Praktilised insenerikaalutlused
Kõik ülaltoodud valemid põhinevad aruteludel, mis on läbi viidud tingimustes, kus puuduvad muud segavad tegurid ja piisavad sirged torud enne ja pärast mõõtetorustikku. Kuid tegelikes insenerirakendustes põhjustavad sellised tegurid nagu muunduri paigaldusmeetod, ülesvoolu ventiilid ja kõverused enne ja pärast mõõtetorustikku sisemise voolukiiruse jaotuse kõrvalekaldeid, mis muudab selle rakendamise tegelikes mõõtmisprotsessides keeruliseks. Seetõttu on voolukanalisiseste voolukiiruste ühtlase jaotuse uurimine äärmiselt oluline.
Ultraheli maagaasi voolumõõturi konstruktsiooniprojekt
Ultraheli maagaasi voolumõõtur on seade, mis kasutab gaasivoolu mõõtmiseks ultrahelitehnoloogiat. Selle struktuurne projekteerimine ja simulatsiooniuuringud hõlmavad mitmeid aspekte, nagu anduri disain, vedeliku dünaamika ja akustiline levik. Täielikgaasi ultraheli voolumõõturhõlmab voolukanaleid, andureid ja mõõteahelaid. See süsteem teostab olemasolevate voolukanalite ja andurite põhjal mõõtmisahelat ja programmi.
Anduri projekteerimine ja paigaldamine
Ultraheli maagaasi voolumõõturitel on tavaliselt kaks andurit: saatja ja vastuvõtja. Konstruktsiooni kaalutlused hõlmavad muunduri sagedust, võimsust ja töötemperatuuri vahemikku, et kohaneda gaasi erinevate omadustega. Andurite paigaldusasendil on oluline mõju mõõtmistulemustele. Tavaliselt tuleks saatjad ja vastuvõtjad paigutada sümmeetriliselt torujuhtme erinevatesse kohtadesse, et tagada ultrahelisignaalide võimalikult ühtlane levimistee.
Vedelikukanali disain
Gaasiarvesti vedelikukanali projekteerimisel on vaja teada torujuhtme siseläbimõõtu, et see vastaks gaasivoolu vahemikule. Torujuhtme sisepind peaks olema sile, et vähendada vedeliku voolu segamist. Samuti on vaja konstrueerida voolu reguleerimise seadmed tagamaks, et vedeliku kiirus jääb mõõdetavasse vahemikku, vältides liiga kiire või aeglase voolukiiruse mõju mõõtmisele.
Väliskest ja kinnitus
Arvestades töökeskkonna keerukust, keskendutakse väliskesta materjalide valikul korrosiooni--- ja kõrge-temperatuuri-kindlate materjalide (nt roostevaba teras või tehniline plastik) valimisele, mis võivad tõhusalt kaitsta sisemisi elektroonikakomponente ja andureid. Samal ajal peaks olema konstrueeritud usaldusväärne kinnitusmehhanism, mis tagab gaasiarvesti stabiilsuse kõrge -rõhu töötingimustes. Kinnitusseade peaks arvestama torujuhtme paigaldusruumi ja keskkonnatingimustega.
Elektri- ja signaalitöötlus
Elektrilise ja signaalitöötluse osas on tõhusa elektriühendussüsteemi kavandamine sama oluline, et tagada stabiilne signaaliedastus ja -töötlus, sealhulgas ultrahelisignaalide vastuvõtmine, töötlemine ja arvutamine. Ultraheli levimisaja erinevuse teisendamiseks vooluandmeteks tuleb vastavad algoritmid eraldi välja töötada.
Mõõtmise täpsuse tegurid
Ultraheli maagaasi voolumõõturite mõõtmise täpsus on seotud ka mitme teguriga, nagu anduri kvaliteet, ümbritseva õhu temperatuur, gaasi voolukiirus, gaasi koostis ja rõhk. Nende hulgas on ultraheli maagaasi voolumõõturite mõõtmistäpsus tugevas korrelatsioonis voolukiiruse jaotusega, mis nõuab, et vedeliku jaotus mõõtetorustikus peegeldaks adekvaatselt voolukiirust voolukanali ristlõikes.
Peamised disainikaalutlused
Lisaks tuleks ultraheli maagaasi voolumõõturi voolukanalite konstruktsiooni kavandamisel arvesse võtta järgmisi tegureid:
(1) Ultraheli signaali amplituudi sumbumine voolukanalis voolukiiruse muutumise ajal; (2) Ultraheli signaale peaksid vedeliku voolukiiruse muutused võimalikult oluliselt mõjutama, et parandada süsteemi mõõtmise eraldusvõimet; (3) Mõõtetorustikku läbiva vedeliku hetkeline voolukiirus peab vastama süsteemi kogu mõõtmisvahemiku nõuetele.
Kombineerides ülaltoodud tegureid, projekteeriti ja modelleeriti ultraheli maagaasi voolumõõturi voolukanali mudel SpaceClaim tarkvara abil joonisel 3.31 näidatud mudeliga.
Joonis 3.31
Gaasiarvesti voolukanali konstruktsioon koosneb kahest osast: gaasitoruga ühendaval osal on ümmargune toru, mille mõõtmed on identsed membraaniga gaasiarvestite omadega. Võttes arvesse ultraheli signaalide peegeldusefekti ja voolukiiruse jaotuse korrigeerimise rakendamist, on voolukiiruse mõõtmise osal ristkülikukujuline voolukanali struktuur, mille sisse on paigaldatud kolm voolu sirgendavat laba. Sirgenduslabad on kasulikud vedeliku voolukiiruse ühtlaseks jaotumiseks. Samal ajal tähendab ristkülikukujulise voolukanali siseläbimõõdu vähenemine seda, et samade sisselaskevoolu kiiruse tingimustes muutub hetkeline voolukiirus ristkülikukujulises voolukanalis kiiremaks, suureneb transiidiaja erinevus, mis võib parandada maagaasi ultraheli voolumõõturi voolu mõõtmise eraldusvõimet. Seoses piesoelektriliste muundurite paigaldusmeetodiga tuleb maagaasi ultraheli voolumõõturi väikestes voolupunktides mõõtmise täpsuse tagamiseks pikendada levitee pikkust. Teepikkuse suurenemine põhjustab aga signaali levimise ajal energiakadu, mis nõuab kahest aspektist tasakaalu süsteemi mõõtmise täpsuse ja signaali sumbumise vahel. Kasutatakse AV-kujulist paigaldusstruktuuri, kus kaks andurit paiknevad sirgenduslabade pikisuunalise keskjoone suhtes sümmeetriliselt.
Võrgusilma tootmine ja kvaliteet
Enne vedeliku dünaamika simulatsiooni läbiviimist tehakse ultraheli maagaasi voolumõõturi voolukanali mudeliga eeltöötlustoimingud. Pärast mudeli parandamise ja lihtsustamise lõpetamist tahke aine saamiseks ekstraheeritakse mudeli sisemine vedeliku piirkond ja võrk jagatakse. Võrgujaotuse kvaliteet määrab otseselt järgnevate simulatsioonitulemuste usaldusväärsuse ja stabiilsuse. Fluent veekindlat töövoogu saab kasutada ülaltoodud protsessi läbiviimiseks, määrates pinnasilma genereerimise suuruse vahemikuks 0,1-4 mm, kasutades 2 tühikutäite kihti, rakendades läheduse tuvastamist tahketele piiridele. Jaotatud pinnasilma maksimaalne viltus on 0,69, mis viitab heale võrgukvaliteedile. Selle põhjal kasutatakse kuuseedrilist-polüedrilist täitemahuvõrku, vedeliku piirkonda lisatakse piirkihid ja ruumalavõrgu lõplik ortogonaalne kvaliteet jõuab 0,15-ni. Koos võrgusilma sõltumatuse katsetega on mudeli võrgusilmade arv umbes 1,2 miljonit. Mahuline võrgusilma jaotus on näidatud joonisel 3.32.
Joonis 3.32
