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(火炬氣專用超聲波流量計)

時差法超聲波流量計的數值模擬
在現場實際應用中，時差法超聲波流量計測量流量是目前廣泛應用的一種方法，它具有安裝簡單、使用方便、測量范圍寬等特點。時差法超聲波流量計應用于大口徑管道水流量的測量中具有明顯的優越性。近幾年來，隨著硬件和數字信號處理技術的改進使流量的測量精度得到了不斷提高。但是，超聲波流量計的應用對管道的條件有一定的要求。一般，換能器應安裝在上游直管段為10D（D為管徑）、下游直管段為5D的位置。因此，選擇良好的安裝位置和安裝條件的管道才能獲得滿意的應用效果。對于同一個超聲波流量計在應用于不同的安裝條件時，流量的測量結果應使用不同的修正系數加以修正。通常，修正系數的確定是在實驗室中測試得出的，但這只能針對有限的安裝條件，而且實驗室的建設和測試的過程既費時又費錢，效率很低。對不同雷諾系數的流體和在不同超聲波波束直徑的測量進行了數值模擬，計算出流量計的流速修正系數，超聲波流量計http://www.jhjtyb.com并通過分析計算的方法計算出修正系數，兩者進行比較，比較結果具有很好的一致性。對于所有的流體流動，計算機數值模擬都是解質量和動量守恒方程。質量守恒方程又稱為連續性方程。該方程是質量守恒方程的一般形式，它適用于可壓流動和不可壓流動。源項Sm是從分散的二級相中加入到連續相的質量，源項也可以是如何自定義源項。修定系數由于流體的流速沿管道直徑的不均勻分布，致使時差法超聲波流量計測得的流速并不等于實際的流速，因此，測量出的結果需乘上一個修正系數k，即公式中:為超聲波流量計測得的平均流速，為實際的流體流速，其中k=k[u（x，y，z），v（x，y，z），w（x，y，z）]（6）這里的k系數是基于CFD數值模擬的預測模型模擬出來的，因此需根據超聲波流量計的測量原理建立合適的模型，測量的原理圖如圖1所示。從圖1可以看出，結合時差法超聲波流量計的流速計算方法，可以得出測得的平均流速為:式中:L為超聲波傳播的距離，α為超聲波傳播方向與管道軸線的夾角，t1和t2分別是超聲波逆流和順流方向的傳播時間。從圖1中分析，由于流體流速的兩個分量u和v對超聲波傳播方向上都有作用，僅垂直于傳播方向的流速分量沒有作用。因此，要得到k（u，v）則需了解管道內流體的流動狀態，這個可以利用CFD軟件根據流體在管道入口的初始狀態和管道的安裝狀況模擬得出。分析計算和CFD建模當流體在紊流狀態時，流速曲線方程為:式中:r為截面中的任意點到中心軸的距離，umax為中心軸上的流體流速，即截面上的最大流速，p是由雷諾系數決定的參數。p=0.25-0.023lgRe（9）當流體在層流狀態時，流速曲線方程為:從圖1中可以得知，由超聲波測得的流體流速與管徑d、夾角α和超聲波傳播波束的直徑b有關，因此利用上述的流速曲線方程和超聲波傳播的路徑可以得出流體的平均流速:為了計算出流速的修正系數，還要得出流體的實際流速。由紊流理論可知，流體截面上各點的流速不是均勻分布的，從Prandtl定律中的描述可以知道，流體的實際流速可以由雷諾系數得出，即:式中:utrue為管道內流體的平均流速，d為管道內徑，ν為運動粘度（ν=8×10-7m2/s孔板流量計http://www.jsjhjt.net，水溫為30℃）。從上面幾式中可以得出k系數:通過改變超聲波傳播范圍的半徑b與管道半徑的比例，可以得出在不同規格超聲波換能器下測量的流速修正系數k。這種分析計算模型可以適用于層流和紊流兩種狀態下。這里利用計算流體力學軟件Fluent進行管道流體模擬運算，Fluent軟件是個工程運用的CFD軟件，針對每一種流動的物理問題的特點，采用適合于它的數值解法在計算速度、穩定性和精度方面達到最佳，可以計算流場、傳熱和化學反應。其思想實際上就是做很多模塊，這樣只要判斷是哪一種流場和邊界就可以拿已有的模型來計算[3]。Fluent軟件能推出多種優化的物理模型，如定常和非定常流動、層流（包括各種非牛頓流模型）、紊流（包括最先進的紊流模型）、不可壓縮和可壓縮流動、傳熱、化學反應等等。對每一種物理問題的流動特點，有適合它的數值解法，用戶可對顯式或隱式差分格式進行選擇，以期在計算速度、穩定性和精度等方面達到最佳。Fluent將不同領域的計算軟件組合起來，成為CFD計算機軟件群，軟件之間可以方便地進行數值交換，并采用統一的前、后處理工具，這就省卻了科研工作者在計算方法、編程、前后處理等方面投入的重復、低效的勞動，而可以將主要精力和智慧用于物理問題本身的探索上。在Fluent軟件中，采用Gambit的專用前處理軟件，使網格可以有多種形狀。對二維流動，可以生成三角形和矩形網格；對于三維流動，則可生成四面體、六面體、三角柱和金字塔等網格；結合具體計算，還可生成混合網格，其自適應功能，能對網格進行細分或粗化，或生成不連續網格、可變網格和滑動網格。網格劃分的好壞將直接影響模擬的精度和收斂性，本文管道截面的網格劃分采用的是矩形網格，外層采用的是同心圓的排列方式，里層采用的是交叉排列方式，式樣如圖2所示，這種混合網格排列的方式有利于管道邊界層的模擬效果。對于管道流速修正系數k（u，v）可以通過Fluent軟件模擬的流速數據計算出來，根據網格劃分的體積權重來計算超聲波傳播路徑上的平均流速式中:ui和vi可以從Fluent輸出的數據中得到，Vi為體積，如圖1中坐標系所標的u和v兩個速度分量。根據Fluent的數值模擬可以得出流速修正系數k（u，v）:式中:是流體的實際流速，是流體在超聲波傳播路徑上的平均流速，α是超聲波傳播路徑和管道軸線的夾角。試驗結果分析設定的邊界條件為:管徑D為100mm，長度L為50D，以保證在數值模擬中流體能夠得到充分流動，入口流體流速設定為1m/s。采用三種方式通過分析計算和數值模擬來計算流速修正系數K值:（1）當流體雷諾系數Re=100，流體流動狀態在層流的情況下，通過改變超聲波傳播波束的直徑與管徑的比率b/d，計算出流速修正系數k值，結果如圖3所示。（2）當流體雷諾系數Re=10000，流體流動狀態在紊流的情況下，同樣通過改變b/d值，計算出流速修正系數k值，結果如圖4所示。（3）在超聲波傳播波束的電磁流量計http://www.china-jtyb.com直徑與管徑的比率b/d=0.5的情況下，通過改變流體雷諾系數Re的大小來計算流速修正系數k值，結果如圖5所示。
(火炬氣專用超聲波流量計)

(火炬氣專用超聲波流量計)

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣實現了流量的檢測和顯示。
超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應，采用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用壓電效應。
(火炬氣專用超聲波流量計)

體系認證 / GBT19001-冀MFB020013 CNASC002Q LCZ-803礦用隔爆兼本質安全型數字超聲波流量計安裝使用說明書中國煤炭科工集團唐山研究院 TANGSHANRESEARCHINSTITUTEOFCHINACOALTECHNOLOGYANDENGINEERINGGROUPCORP 唐山大方匯中儀表有限公司 TANGSHANDAFANGHUIZHONGINSTRUMENTCO.,LTD. 公司地址：河北省唐山市新華西道21號郵編：063012 銷售熱線：-傳真：- 40001185884000118588 電話總機：-技術支持：-/總機轉 400011858840001185883809 /// 售后服務：-/總機轉客戶服務熱線：-- 40001185884000118588 -： Emaildafang@/tsdafang@ 網址：本公司保留對產品外觀、規格、軟件及其他設計的改進和改變的權利，恕不另行通知。所有產品圖片僅供參考，請以產品實物為準。
(火炬氣專用超聲波流量計)

不銹鋼和塑料
便攜式氣體感測器夾裝于
聚碳酸酯裝載盒：
·PCFG-1，管徑小于12英寸（300毫米）
·PCFG-2，管徑大于12英寸（300毫米）
·標準：通用
·可選：防風雨型4IP65
·可選：防爆、I類，1分區，C、D組
·可選：防火eII2GEExmdIICT6–T3（認證申請中）
TransPortPT878GC電氣設備設計用于通用領域。
感測器電纜
·標準：一對LEMO?同軸連接器感測器，配25英尺（8米）電纜
·可選：500英尺（154米）延長電纜適用于大多數感測器
測厚計選項
GE雙元件感測器
0.05到3英寸（1.3毫米到76.2毫米）
大多數標準金屬管材和塑料管材
(火炬氣專用超聲波流量計)

其它外界因素、耦合劑、信號電纜：固定式超聲波流量計的運行特點及對便攜式超聲波流量計測量影響的誤差分析中，可以看出，要大限度地保證流量計測量的準確性，還需注意以下幾點：傳感器安裝處的壁面打磨干凈；傳感器的安裝位置應盡可能在上游彎管的彎軸平面內，以獲得彎管流暢畸變后較接近的平均值；傳感器安裝處和管壁反射處需避開接口和焊縫；傳感器安裝處的管道襯里和垢層不能太厚；耦合劑一定要使用。
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(火炬氣專用超聲波流量計)

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