超声流量计流场附加误差分析方法技术

本发明专利技术涉及一种超声流量计流场附加误差分析方法，其特征在于：对于管道中流量计上下游一定范围内的液体流动进行流体动力学数值模拟；利用流体动力学数值模拟获得管道内部流场的散点流速信息，将流速插值到流量计的各声道上，并按照流量计基本原理计算各声道的声道速度，进而加权求和获得指示流量；对流量计横截面流场散点的主流流速进行面积分，或者在横截面流场采集多个声道的声道速度主流贡献量进行加权求和，获得流场的标准流量；通过分析指示流量与标准流量的差异获得流场的附加误差。通过该分析方法实现了流场附加误差的快速准确评估，且对利用数值方法解决流量计量问题具有很好的参考意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分析方法，尤其地、涉及一种。
技术介绍
超声流量计是近年发展起来的一种新型流量测量仪表，由于具有无压损、口径越大准确度越高、可在已有管道上安装、多声道可适应复杂流场等诸多优势，在流量测量领域发挥着越来越重要的作用，特别是在超大口径流量测量中具有突出的优势。超声流量计利用超声波在流动介质中传播的正反向时间差来测量声道上的线平均流速，并利用不同声道上的线平均流速(以下称为声道速度)加权计算待测截面上的面平均流速及流量。流量的测量准确度与所在位置的流场关系密切，这一方面是由于横向流动容易干扰声道上线平均流速的测量，另一方面则是由于面平均流速的加权计算准确度受到声道速度分布的影响。 因此，超声流量计要求保持足够长的前后直管段，以保证其内部流场没有横向流动，声道速度分布也比较简单。超声流量计的测量准确度与其内部流场关系密切，上下游阻流件和探头局部凹凸结构均能影响其内部流场进而产生流场附加误差，计量检定规程JJG1030-2007中规定多声道流量计的安装需要保证前IOD后5D的直管段长度，否则不确定度评估时需要额外考虑一个流场附加误差。流场附加误差与流量计所处流场的复杂程度有关，也与流量计声道配置有关，虽然花费大量人力物力进行不同安装条件下的流量计实流校准实验来分析流场附加误差，取得了很多成果，但是由于流场附加误差的影响因素众多且十分复杂，不可能通过实验来覆盖所有安装条件和流量计配置，因此，寻找合适的方法来分析流场附加误差成为提高超声流量计的测量准确度的重要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够低成本且快速获得不同条件下的管道流场，进而通过比较流量计指示流量与标准流量的差异来分析流场附加误差的方法。本专利技术提供了一种，其对于管道中流量计上下游一定范围内的液体流动进行流体动力学数值模拟；利用流体动力学数值模拟获得管道内部流场的散点流速信息，将流速插值到流量计的各声道上，并按照流量计基本原理计算各声道的声道速度，进而加权求和获得指示流量；对流量计横截面流场散点的主流流速进行面积分，或者在横截面流场采集足够多声道的声道速度主流贡献量进行加权求和，获得流场的标准流量；通过分析指示流量与标准流量的差异获得流场的附加误差。其中，利用管道流场中流量计的中心坐标、主流方向、声道面上方向、声道角唯一确定流量计各声道的具体位置。其中，基于管道散点流速，采用保形状的pchip插值方法计算超声流量计声道上的声道速度。其中，利用矢量算法将声道速度分解为主流贡献量和横流贡献量。其中，标准流量的面积分方法是首先对横截面散点进行三角形化剖分，然后对所有三角形上的平均速度与面积的乘积进行求和。其中，标准流量的高斯积分算法是在横截面流场中采集多个声道的声道速度主流贡献量，然后进行加权平均获得标准平均流速进而获得标准流量。所述多个声道数目为 36条。其中，流场附加误差包括由于利用有限声道速度信息积分计算整个截面的流量而产生的积分误差和由于横向流动对流量测量的干扰形成的横流误差。本专利技术对流场附加误差评估中可能出现的问题进行了分析，建立了超声流量计的流场附加误差分析方法，实现了流场附加误差的快速准确评估，该分析方法对利用数值方法解决流量计量问题具有很好的参考意义。附图说明图1流量计声道编号及A/B声道面命名原则；图1标准流量的三角化积分方法；图3虚拟声道数与相对差值的关系；图4流场附加误差计算方法；图5流量计中心横截面上的横向流动图6流量计的声道速度分布；图7流量计的流场附加误差评估结果。具体实施例方式随着计算机技术和计算技术的发展，数值模拟逐渐成为一种重要的研究手段，基于计算流体动力学(CFD)的数值模拟逐渐渗透到与流体相关的各工程
数值模拟相对于传统的试验方法具有成本低、且能够快速准确模拟的优点，将液体动力学数值模拟与超声流量计的测量结合，有助于能够提高液体流量的测量准确性。流场附加误差指的是流量计安装在某特定流场中获得的指示流量与该流场的标准流量之差，在利用CFD技术获得该流场的散点流速信息之后，需要将流速信息插值到流量计的声道上，并计算各声道的声道速度，然后加权求和计算待测截面的平均流速，并与面积相乘得到指示流量；标准流量则需通过在待测点对流速进行面积分获得。为了计算特定流场中的流量计指示流量，首先需要解决声道定位问题，获得声道线上两个端点的坐标。超声流量计有单声道面或双声道面配置，尽管流量计厂家采用不同的声道命名方式，基于数值流场处理时却需要统一声道编号及A/B声道面的命名原则。命名原则如图2所示，定义两声道面交线指向声道起始编号的方向为上方向ii = (Ml,M2，M3)， 定义管道流动的主流方向为/二(乂，/2，/3)，人在流量计的下游头朝上方向j往上游看， 下游探头在右侧的声道为A面，下游探头在左侧的声道为B面，声道编号自上而下依次为1 到n，对应的声道高度自正而负，如图1所示，以声道A-Pathl、A_Path2、A_Path3、A_Path4 以及B-Pathl、B-Path2、B-Path3、B-Path4作为示例。声道角Φ是流量计配置中另一个关键参数，指的是声道与主流方向的锐角夹角，再加上流量计的中心位置坐标5 =(知易，4)，共四个参数δ、/、Φ、 就可以确定三维流场中任意姿态的流量计声道位置。定义声道方向 =(Α，/2,/3)为声道线上游探头指向下游探头的方向，则声道面内声道方向完全相同，单声道流量计只有一个声道方向 ，双声道面流量计具有两个声道方向乙和J8。于是声道线两个端点的坐标为权利要求1.一种，其特征在于对于管道中流量计上下游一定范围内的液体流动进行流体动力学数值模拟；利用流体动力学数值模拟获得管道内部流场的散点流速信息，将流速插值到流量计的各声道上，并按照流量计基本原理计算各声道的声道速度，进而加权求和获得指示流量；对流量计横截面流场散点的主流流速进行面积分，或者在横截面流场采集多个声道的声道速度主流贡献量进行加权求和，获得流场的标准流量；通过分析指示流量与标准流量的差异获得流场的附加误差。2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于利用管道流场中流量计的中心坐标、主流方向、声道面上方向、声道角唯一确定流量计各声道的具体位置。3.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于利用矢量算法将声道速度分解为主流贡献量禾口横流贡献量。4.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于标准流量的面积分方法是首先对横截面散点进行三角形化剖分，然后对所有三角形上的平均速度与面积的乘积进行求和。5.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于标准流量的高斯积分算法是在横截面流场中采集多个声道的声道速度主流贡献量，然后进行加权平均获得标准平均流速进而获得标准流量。6.如权利要求5所述的分析方法，其特征在于所述多个声道数目为36条。7.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于基于管段散点流速，采用保形状的 pchip插值方法计算超声流量计声道上的声道速度。8.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于流场附加误差包括由于利用有限声道速度信息积分计算整个截面的流量而产生的积分误差和由于横向流动对流量测量的干扰形成的横流误差。全文摘要本专利技术涉及一种，其特征在于对于管道中流量计上下游一定范围内的液体流动进行流体动力学数值模拟；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹤鸣，王池，孟涛，张亮，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：