Selection of the Relevant Turbulence Model in a CFD Simulation of a Flow Disturbed by Hydraulic Elbow--Comparative Analysis of the Simulation with Measurements Results Obtained by the Ultrasonic Flowmeter

The article is an attempt to compile the results of CFD liquid flow simulation through pipeline section containing hydraulic elbow with the results of ultrasonic flow measurements. To carry out the measurements behind the flow disturbing element(hydraulic elbow), an ultrasonic flowmeter with applied head set in accordance with the Z-type system was used. For comparative purposes, a flow simulation for 3 different turbulence models(k-epsilon, SST and SSG) was performed. It was found that with a proper ultrasonic flowmeter heads configurations, it is possible to measure the flow rate disturbed by the hydraulic elbow at any distance from the source of the disturbance. It has to use appropriate correction factor that can be determined by knowing the flow velocity profile equation. Based on comparison of CFD simulation results with experimental data, the accuracy/purposefulness of using individual turbulence models in the case of discussed hydraulic installation was evaluated.

基于峰值比拟合匹配的时差式气体超声波流量计

时差式气体超声波流量计的回波信号在气体中传播时能量衰减严重,且存在着不同程度的幅值晃动问题。因此如何在幅值晃动的气体回波信号中确定特征点,以准确测量回波信号渡越时间及其顺、逆流渡越时间差,是当前时差式气体超声波流量计信号处理方法的主要研究热点。该文基于超声回波信号的数学模型,研究构建了一种基于峰值比拟合匹配的信号处理方法,利用拟合指标来筛选符合匹配条件的波形。并且通过实际数据验证了该方法的有效性和优越性。

管径尺寸偏差对超声流量计测量性能影响研究

正确的安装是保证气体超声流量计测量准确度的前提。基于高压气体流量标准装置,在有、无管径尺寸偏差的安装条件下,对交叉4声道DN200口径超声流量计实验测量显示,在0.1~2 MPa压力,1.5~12 m/s流速范围内,8 mm安装管道正向尺寸偏差会带来0.22%的测量误差。为量化尺寸偏差对超声流量计测量结果的影响,采用数值模拟与实验测量相结合的方法,就不同尺寸偏差,压力及口径对超声流量计测量结果的影响进行系统研究。结果表明,正向尺寸偏差带来的测量误差几乎不受压力影响,负向尺寸偏差带来的测量误差随压力增加呈现从负误差到正误差的转变;尺寸偏差对测量结果影响随超声流量计口径减小而增大,3 mm尺寸偏差对DN50口径的声流量计测量结果影响可达0.20%。

一种在线评估超声波气体流量计性能的新方法

提出一种在线评估超声波气体流量计性能的新方法。原理是基于贝叶斯信息融合方法建立变动点检测模型,获得测量数据的变动趋势,实现对超声波流量计的实时性能评估。具体实施过程是将先验信息与实时样本信息相结合,迭代更新得到后验分布,其中后验分布中的后验标准差即为仪表实时不确定度。该方法相对于传统不确定度评定方法,其融入了实时测量信息,可以实时连续的评价仪表的不确定度,监测超声波流量计整个测量系统的运行情况,并及时发现异常工作情况,实现了对流量计性能的在线评估,为超声波流量计的在线监测提供了一种新的方法和途径,在小流量点Q=10 m^(3)/h时,相对扩展不确定度为1.52%,满足计量准确度等级要求。

超声流量计实时使用中检验系统的建立及验证

为实现对使用中超声流量计准确度的实时监测,基于高压环道式气体流量标准装置,采用随机森林算法,建立了信号参数(含声速偏差)与示值误差间关系的超声流量计预测模型,同时结合LabVIEW软件开发平台研制出一套超声流量计实时使用中检验系统。基于该系统,可实现超声流量计信号质量参数、流态指标参数、声速指标参数3类信号参数的实时采集,并利用预测模型开展流量计示值误差的同步预测。在160~800 m 3/h范围内的实验测试表明,流量计示值误差与系统预测误差间的偏差为±0.42%。

天然气超声流量计健康状态评价方法初探

目的天然气计量用超声流量计性能诊断主要采用设定参数阈值的诊断方法,为降低误报、漏报等情况,建立了基于生成对抗神经网络(generated adjoint neural network,GAN)和高维非线性无监督学习的超声流量计健康状态系统诊断方法。方法采用GAN对原始数据进行学习、生成和扩充,保障超声流量计健康状态诊断建模的数据基础,提取超声流量计在运行过程中的健康状态参数并对其进行时序分析,采用高维非线性无监督聚类学习方法,结合超声流量计失效模式分析,对超声流量计设备进行在线的健康状态诊断。结果结合超声流量计工作原理和现场实际采集数据,对生成的故障数据集进行了验证。结论能够准确识别超声流量计当前状态,显著解决传统阈值法误报率、漏报率高的问题,为超声流量计健康诊断的统一管理与开发给予支撑。

固定污染源流速流量测量仪表的比较分析

在介绍了固定污染源流量测量对于“双碳”工作的重要意义基础之上,提出了流量(流速)测量仪表的正确选择是提升整体固定污染源流量测量准确度的关键。然后分别从测量原理、使用方法和量值溯源方法等方面对固定污染源流量(流速)测量的主要仪器:S形皮托管、三维皮托管以及插入式时差法多声道超声流量计作了介绍,多角度比较了它们在实际测量应用中的优缺点,对固定污染源排放企业和从事碳核算的计量技术机构在计量器具选择方面有一定的现实意义。

交叉分段差分进化支持向量回归的气体超声流量计测量方法

为了进一步提高全量程气体超声流量计的测量精度,基于多通道声波到时和实时温度,提出了一种交叉分段差分进化支持向量回归(DE-SVR)模型。考虑到气体在不同流量条件下的流体状态不同,提出了交叉分段处理的方法,采用差分进化算法优化选取支持向量回归参数。实验结果表明,对于16∼1600 m3/h全量程,交叉分段DE-SVR和传统积分方法计算气体流量的平均相对误差分别为0.00447和0.02781,前者较后者降低了83.93%;对于16∼160 m3/h小流量,交叉分段DE-SVR和无分段DE-SVR算法计算结果平均相对误差分别为0.00436和0.03214,前者较后者降低了86.43%。该方法有效避免了声道长度、探头角度以及管道直径等参数不确定性对流量计算的影响,为全量程气体流量的高精度测量提供了保障。

基于实时组分的天然气流量在线计量方法

超声波流量计采用固定天然气组分计量标况流量,为解决与实时组分偏差影响计量精度的问题,针对SCADA系统中不同的计量实时数据条件,基于质量守恒原理,结合AGA8气体物性方程,确定了天然气标准状态体积流量和能量流量计算式,以及流量累积计量误差评价方法;设计开发了在线计量软件系统,应用于某海底管道陆上计量终端,在线分析6台超声波流量计,4个月共计15万余组计量数据。结果表明:采用固定天然气组分计量流量,导致的最大相对误差为1.02%,大于A级流量计的计量不确定度(0.85%),且计量误差与实时组分和固定组分密度差值成正比。计量相对误差分布近似满足正态分布,误差在-0.5%~0.5%的概率为98.79%。因此,采用固定天然气组分计量流量,对计量精度影响较大。提出的在线计量方法,有助于提高天然气标准状态体积流量的计量精度。

时差法超声波流量计在大型渠道水文测量中的应用

时差法超声波流量计因具有多功能性、精度高、简单易用、非侵入式安装等优点,在水文测量中被广泛应用。在大型渠道的水文流量监测中,时差法超声波流量计可以提供高精度的流量测量结果。针对应用实践中可能产生的波动误差,提出波动误差校正方法,并设计了时差法超声波流量计的应用方案,并将其与常规方法进行了比较。结果表明,时差法超声波流量计符合现行标准且效率更高,效果更好,有一定的应用和推广价值。

基于小波包去噪与LSTM的超声飞渡时间测量方法

超声流量计通常采用时差法进行流量测量,但面对锅炉等环境噪声较强的复杂环境,传统的阈值法和互相关法等方法的流量测量精度会受到极大影响。提出一种基于小波包去噪与LSTM的超声飞渡时间测量方法,利用实际锅炉换热管道中采集到的超声信号数据开展实验,结果表明文章所提测量模型相较于传统的GCC、QCC等算法,在超声飞渡时间测量准确率方面提高了20.03%以上,平均绝对误差方面至少降低了0.1860,均方根误差方面至少降低了0.2829,提高了锅炉管道流量的测量精度。

一种风量罩校准标准装置研究

设计一种低成本的风量罩校准标准装置,可在大风量情况下同时稳定标准段和测量段的风量,从而完成各种风量罩的精确校准和测量工作;选用配备三对探头的标准超声波流量计作为主标准器;通过PLC可编程逻辑控制器自动采集检测数据,并通过试验验证得知,本装置和校准方法具有可操作性。

基于超声流量计的天然气火炬气流量测量技术研究

天然气火炬气的准确测量可以实现更精准的排放量控制,利用超声技术对火炬气进行测量,通过对不同频率和带宽的超声换能器进行分析,并对换能器不同频率与信噪比、信号衰减的相关性,以及不同厚度、直径和剪切模式换能器的适用场景进行研究,设计了适用宽流速测量的超声换能器分布结构,同时采用变频和连续波频率的信号组合设计模式,同时使用连续正弦波发射方式,进一步提高了声时的周期采用分辨率,同时结合互相关信号处理技术制造形成了超声流量计样机。测试实验结果表明,采用超声技术进行火炬气测量的流速范围可以达到0.3~85m/s,流量测量性能可以优于2.5级,能够满足火炬气日常小流量和突发事件时大流量等不同工况的测量需求。

高温超声波流量计转换器的优化设计与实现

针对流量测量系统的设计特点,提出了一种基于超声波流量计转换器的研究及优化方法,以提高超声波流量计的测量精度和信号处理算法的可靠性。从信号调理和数据处理两方面进行优化,改进了硬件微弱回波信号的放大和滤波处理,优化了时差算法和互相关算法的应用。通过权重选择和对比选择方法,采用时差算法与互相关算法相结合的方式对信号进行处理,提高了流量计的精度与可靠性。此外,采用温度补偿算法模型消除了高温对超声波传播时间的影响,提高了高温下的测量精度。测试结果表明,流量测量精度达到±1%。该设计具备多种参数的故障诊断功能,提高了转换器的智能化水平。

基于小波阈值算法的气体超声波流量计信号预处理

气体超声波流量计超声信号在气体中传播时,存在易受到各种噪声的干扰,能量衰减严重、回波信号幅值弱、信噪比低等问题,为准确采集气体超声波流量计回波信号,在传统阈值滤波算法基础上提出了一种改进小波阈值算法,对气体超声波流量计信号进行预处理;将改进小波阈值算法与传统阈值算法进行仿真对比分析,并用FPGA实现对采集超声波信号的6层Coif5小波滤波处理。经仿真与实验对比表明:在不改变超声波信号的特征波基础上,使用改进阈值滤波算法对超声波回波信号降噪处理后,均方根误差为0.0014,信噪比达到了88.3290 dB,该方法提高了超声波流量计的采集质量,实现了良好的降噪效果。

高温高压超声波流量计研制及不确定度评定

针对国内压水堆核电机组主给水高温高压(高温为240℃、高压为12.2 MPa)的工况特点,基于超声波时差法的测量原理,研制了一种满足现场工况质量流量测量、不确定度不大于0.3%的高精度超声波流量计。介绍了高温高压超声波流量计的工作原理、整机组成及各部件的设计参数,总结了适合高温高压环境的超声波流量计装置的设计思路。研究了超声波流量计测量结果不确定度分量来源,分析了各个不确定度的分量值,并进行了试验验证。结果表明,通过利用国内现有条件的流量标准装置进行试验,引入的不确定度分量评估方法得到了验证,符合高温高压超声波流量计测量的不确定度指标,实现了超声波流量计的研制目标。

超声波流量计流体异常诊断与处理方法研究

针对超声波流量计在测量液体流量的过程中,流体的异常状态会极大地影响流量计的测量精度这一问题,提出了一种基于脉宽比和幅值电压检测的方法,以此来监控信号质量,通过对测量系统进行了实时监测并及时诊断异常情况,从而保证超声波流量计的测量精度和可靠性。首先,设计了超声波流量计监测系统,实现对流量计数据的采集、分析与处理等功能;然后,采用脉宽比结合幅值电压监测方法判断了流体异常的类型;利用自适应采样算法的反馈机制调节了测量周期,以适应管道内流体的变化速度;最后,通过流量测量实验,测试了流体内不同气泡状态下脉宽比的变化规律,测量口径为15 mm管道的多个流量点,分析了流体稳态和少量连续气泡状态下传统测量方法与自适应算法测得的数据,对平均相对误差和重复性进行了对比。实验结果表明:异常诊断功能能够判别流体内气泡状态;基于自适应采样算法,超声波流量计在小流量0.1 m^(3)/h~1.5 m^(3)/h区间内平均误差达到1.02%,重复性也达到0.47%,准确度等级达到1.5级。经液体流量标准装置检定,流量计累积流量测量误差降低了60%,重复性提高了80%。研究结果表明:异常监测系统可以及时判断流体异常情况,同时自适应采样算法有效改善了超声波流量计的测量精度与稳定性。

基于云模型的超声流量计状态在线诊断技术研究

基于文献调研和计量原理,从声速特性、信号特性和流动特性等三个方面建立超声流量计状态评价指标体系,采用云模型获取单一指标在不同状态等级下的隶属度,并通过组合权重加权获取综合隶属度,进而实现流量计状态等级的实时评估。结果表明,柔和系数法调和了主、客观权重结果,声速偏差、剖面系数和最大声速差对超声流量计状态的影响较大,扰动值和信号质量的影响较小;该模型可有效区分流量计的不同状态等级,与声速核查法相比,预警时间大幅提前。研究结果可为流量计的早期诊断和预防性维修提供理论参考。

基于超声波流量计的间接测量法在输液泵流量校准中的应用

目的比较基于超声波流量计的间接测量法和采用输液设备分析仪的直接测量法在输液泵流量校准中的应用效果。方法按照JJF 1259-2018《医用注射泵和输液泵校准规范》,分别采用直接测量法(采用输液设备分析仪)及间接测量法(采用超声波流量计)对被测输液泵进行流量校准,比较2种方法的测量相对误差和测量时间。结果间接测量法的测量时间显著少于直接测量法。但间接测量法在低流量校准区间(10~200 ml/h)的相对误差过大。对可能导致间接测量法相对误差较大的原因进行分析并改进后,间接测量法在各校准点的相对误差均降至可接受范围。结论输液泵流量校准中,相较于采用输液设备分析仪的直接测量法,基于超声波流量计的间接测量法可在保证校准准确性的同时有效缩短测量时间,为输液泵使用量大的医疗机构提供一种更有效、便捷的期间核查方式。

节能降耗理念下化工能源计量仪表的应用及改造策略

在当前全球能源问题日益凸显的背景下,化工工业作为能源密集型行业,其节能降耗需求变得尤为迫切。能源计量仪表作为生产环节中重要的指标监测工具具有重要作用。本文分析了能源化工行业中存在的能耗问题和对经济产生的影响,并进一步分析了仪表在能源行业的应用现状,指出了传统计量仪表的问题。基于对问题的分析,本文阐述了多种改进的能源计量仪表,如弯管流量计,超声波流量计等,其优秀的性能符合节能降耗的理念。