- Eftir LiuXing, yfirflæðimælingaverkfræðing með 15+ ára reynslu í rannsóknum og þróun á úthljóðsrennslismælum,

vottað í CFD greiningu (ANSYS Fluent Professional)

Verkfræðileg gildi innsetningar Ultrasonic Flow Meter Pipeline Structure Simulation

Af hverju er hermitækni þörf?

Í verklegri verkfræði, árangur innsetningarultrasonic flæðimælirer fyrir verulegum áhrifum af leiðslum. Hefðbundnar aðferðir byggja á endurtekinni villuleit á-síðu, sem er ekki aðeins kostnaðarsamt heldur getur einnig leitt í ljós hönnunargalla fyrst eftir gangsetningu. Innleiðing hermitækni hefur breytt þessu ástandi, sem gerir verkfræðingum kleift að bera kennsl á og leysa hugsanleg vandamál á hönnunarstigi.

Kjarnagildi þess liggur í: að flytja „tilrauna-og-villukostnað“ af vettvangi yfir á tölvur, skipta dýrum eðlisfræðilegum tilraunum út fyrir tölulega útreikninga.

Sex helstu verkfræðivandamál leyst með uppgerð

Hvernig á að ákvarða stöðu rannsakanda

Rennslishraði í leiðslum er ekki jafndreifður. Olnbogar og lokar mynda staðbundna hvirfilbylgjur og uppsetning rannsaka á þessum svæðum mun leiða til brenglaðra mælinga. Verkfræðingar nota vökvafræðiútreikninga til að sjá hraðavektora á hverjum stað í leiðslunni og velja þar með tiltölulega stöðuga flæðisviðsþversnið fyrir uppsetningu skynjara, sem er nauðsynlegt fyrir nákvæma ákvörðun flæðisniðsleiðréttingarstuðuls (FPCF).

Æfingin sýnir: minniháttar munur á hallahorni rannsakanda (við 5 gráðu hæð) mun breyta flæðisástandi á mælisvæðinu. Kerfisbundið prófun á mörgum hornstillingum til að finna lausnina með lágmarksvillum er næstum óframkvæmanlegt í eðlisfræðilegum tilraunum, en reiknigreiningu er hægt að ljúka innan nokkurra daga á meðan tekið er tillit til útskots og innskotsáhrifa.

Hvar er nákvæmni flöskuhálsinn

Úthljóðsmæling byggir á "tímamismun" meginreglunni og breytingar á vökvabreytum (hitastig, þrýstingur, samsetning) hafa allar áhrif á hljóðhraða. Einfaldar reynsluformúlur eru erfiðar til að ná yfir öll rekstrarskilyrði, sérstaklega þegar uppfylla kröfur um nákvæmni í vörsluflutningi.

Hermun kemur á kortlagningarsambandi milli inntaksbreyta og mælifráviks í gegnum Reynolds talnaháðargreiningu. Til dæmis, þegar vökvahiti sveiflast ±10 gráður, hversu mikið breytist hljóðhraði? Hvernig breytist þessi breyting í flæðiskekkju? Með þessum megindlegu gögnum er hægt að hanna árangursríkar hitauppbótar reiknirit.

Hvernig á að meðhöndla flókin flæðisríki

Lagaflæðislíkanið í kennslubókum birtist sjaldan í raunverulegum leiðslum. Órói, aukaflæði og jafnvel gas-vökva tveggja-flæði valda því að hraðasnið víkja verulega frá kjörástandi. Computational Fluid Dynamics (CFD) getur endurskapað þessi flóknu fyrirbæri. Verkfræðitilvik sýna: veruleg hraðaskekkja er enn til staðar 15 pípuþvermál neðan við ákveðna 90 gráðu beygju. Án þess að skilja þetta getur flæði reiknað samkvæmt stöðluðum forsendum flæðisviðs breyst um nokkur prósentustig, einkum haft áhrif á fjölbrauta ultrasonicrennslismælirsamþættingarnákvæmni.

Hagræðing á hljóðbylgjuútbreiðslu

Úthljóðsbylgjur mæta truflunum eins og endurkasti pípuveggsins, suðudreifingu og miðlungs ó-jafnvægi við útbreiðslu. Uppsöfnuð áhrif þessara þátta geta veikt merkisstyrk eða valdið hávaða.

Hljóðuppgerð með því að nota hljóðgeislarekningartækni sýnir raunverulegan feril geisla inni í leiðslum. Sumar rúmfræðilegar stillingar framleiða "hljóðskuggasvæði", sem leiðir til afar veikburða móttekinna merkja; aðrar stillingar, þó þær séu með sterk merki, hafa marghliða áhrif sem valda röskun á bylgjulögun. Með samanburðargreiningu geta verkfræðingar valið fyrirkomulag með ákjósanlegu-til-hljóðshlutfalli merkja.

Frammistöðutrygging undir uppsetningartakmörkunum

Staðlaðar forskriftir krefjast venjulega 20 pípuþvermál af beinum pípuhluta andstreymis, en aðstæður á vettvangi geta oft ekki uppfyllt þessa kröfu. Kostnaður við breytingar á leiðslum getur numið hundruðum þúsunda dollara.

Hermun veitir hagkvæmnimat fyrir "ó-stöðluð uppsetningu." Með því að reikna út endurheimt á flæðisviði undir mismunandi lengdum beinum pípuhlutum, ásamt fjöl-leiðaruppbóttæknimeð því að nota Gauss-Jacobi samþættingaraðferðina er hægt að ná hæfri nákvæmni í rýmum með aðeins 6-8 pípuþvermál. Þetta krefst sérsniðinnar greiningar fyrir tiltekin verkefni, frekar en að beita einfaldlega forskriftum, á sama tíma og það er tryggt að ISO 17089 samræmi sé fullgilt.

Gildissvið á sérstökum miðlum

Rekstrarskilyrði eins og vökvar með mikla-seigju, slurry sem innihalda fastar agnir og há-hita há- loftþrýstingslofttegundir hafa flæðiseiginleika sem eru verulega frábrugðnir venjulegum vökvum. Uppsetning útbrots getur leitt til skemmda á búnaði eða bilunar í mælingum.

Hermun gerir kleift að prófa erfiðar aðstæður í sýndarumhverfi. Til dæmis að reikna út hvort höggkraftur gasflæðis með miklum-hraða á rannsakann muni valda burðarvirkisómun í gegnum tíðnispá um hvirfillosun; eða að greina hvort höggtíðni agna muni flýta fyrir sliti skynjara. Þessar upplýsingar leiðbeina efnisvali og burðarstyrkingarhönnun.

Mörk tæknilegrar umsóknar

Eftirlíking er ekki almáttug. Nákvæmni þess fer eftir:

• Hvort stærðfræðilíkanið nái yfir raunveruleg eðlisfræðileg ferla
• Hvort stillingar mörkaskilyrða samræmist raunverulegum aðstæðum
• Hvort reiknitilföng dugi fyrir fágaða lausn

Fyrir algjörlega ný flæðifyrirbæri eða öfgafullar rekstraraðstæður þurfa uppgerð niðurstöður tilraunagagna sannprófunar. Engu að síður getur uppgerð enn þrengt mjög umfang tilrauna, einbeitt sér að lykilstærðum og bætt verulega skilvirkni rannsókna og þróunar.

Mynd 3.1: Innsetningar-gerð Ultrasonic Flowmeter

Mynd 3.1 sýnir almennt notaðan innsetningar-úthljóðsflæðimæli. Vinnureglan þess er að setja upp par af úthljóðsskynjara á báðum hliðum leiðslunnar og ná nákvæmri flæðismælingu með því að greina og reikna út muninn á úthljóðspúlshraða í niðurstreymis og andstreymisflæði. Í mælingarferlinu senda skynjararnir til skiptis og taka við hljóðmerki í gagnstæðar áttir. Úthljóðsmerkin dreifast hraðar í niðurstreymi en í andstreymi; þegar vökvinn er kyrrstæður er tímamunurinn núll. Þess vegna, með því að mæla útbreiðslutíma úthljóðsbylgna í niðurstreymi og andstreymi, er hægt að fá tímamismuninn t. Samkvæmt sambandinu milli t og flæðishraða V er hægt að mæla meðalflæðishraða vökvans óbeint og reikna rúmmálsrennsli Q út frá þversniðsflatarmáli leiðslunnar.

Vökvarásarhönnunin ætti að taka tillit til vökvaflæðishraða og flæðisviðs, þar sem leiðsluhönnunin þarf að einbeita sér meira að flæðihraðasviði vökva til að tryggja nákvæmni flæðismælinga. Of hár eða lítill vökvaflæðishraði mun að lokum hafa áhrif á útbreiðslueiginleika úthljóðsmerkja.

Stærð leiðslunnar, þ.e. innra þvermál leiðslunnar, þarf að passa við innra þvermál mældu leiðslunnar til að draga úr truflun á vökvaflæði og þannig forðast að hafa áhrif á endanlegar mælingarniðurstöður. Stuðningsvirkið í leiðslubyggingunni ætti að velja tæringarþolið-og slitþolið efni til að lengja endingartíma; á sama tíma þarf sanngjarna hönnun til að tryggja stöðugleika þess við háan flæðishraða eða háan þrýsting. Úthljóðsbreytirinn þarf að velja viðeigandi úthljóðsbreytigerð (eins og leiðsögn bylgjutegundar eða endurspeglunargerð) í samræmi við umsóknarkröfur og velja síðan viðeigandi stöðu til að setja upp úthljóðsmælirinn til að tryggja að úthljóðsmerkið geti í raun farið í gegnum alla leiðsluna.
Til viðbótar við ofangreinda þætti, eru rannsóknir gerðar af Tang Xiaoyu[103] og öðrum fræðimönnum frá Zhejiang háskólanum einnig: við 90 gráðu beygju og 180 gráðu beygjuskilyrði, áhrif ó-ákjósanlegrar flæðihraðadreifingar á hverja hljóðleið úthljóðsrennslismælisins, sérstaklega áhrif á nákvæmni flæðishraðamælinga og flæðismælis. Zhang Zhijun og Zhu Yingsheng[102] og aðrir fræðimenn, byggt á fyrri rannsóknum, notuðu CFD uppgerð tækni til að framkvæma hermigreiningu á 7 hornum (með 5 gráðu millibili) á milli 30 gráður og 60 gráður fyrir uppsetningarhorn fyrir ultrasonic transducer. Niðurstöðurnar sýna að: mismunandi uppsetningarhorn hafa áhrif á dreifingu flæðishraða í gróphluta hljóðeinangrunarleiðarinnar. Á sama tíma var hlutfallsleg skekkja á milli herma flæðihraða og kjörflæðishraða greind og ákveðið var að ákjósanlegur uppsetningarhorn transducer fyrir hannaða DN80 þvermál gas ultrasonic flæðimælir er 50 gráður.

Innsetningar-gerð Ultrasonic Flow Measurement Pipeline Simulation Research

Hermirannsóknir taka til þriggja þátta:

Uppgerð vökvavirkni, útbreiðsluhermi með úthljóðsútbreiðslu og uppgerð burðarvirkjafræði. Með því að nota CFD (Computational Fluid Dynamics) líkön er hægt að líkja eftir vökvaflæði inni í leiðslunni og síðan er hægt að greina áhrif þátta eins og flæðihraðadreifingar og hvirfilflæðis á útbreiðslu úthljóðsmerkja. Í uppgerðinni ætti að athuga hugsanlega hvirfla, loftbólur o.s.frv. í vökvanum til að forðast truflun á úthljóðsmælingum eins mikið og mögulegt er.
Með því að taka sem dæmi áhrif mismunandi uppsetningarhorna gjafa á dreifingu flæðishraða, ef heildarlengd flæðimælis leiðslunnar er L=230 mm og þvermálið er D=80 mm. Stilltu uppsetningarhorn transducersins á 30 gráður ~ 60 gráður og settu upp hermilíkan með 5 gráðu millibili. Mismunandi uppsetningarhorn eru sýnd á mynd 3.2. Til að draga úr tölvuminnisnotkun og reikniálagi þegar ANSYS hugbúnaður framkvæmir uppgerð, er hægt að einfalda CFD líkanið af gas ultrasonic flæðimælinum að einhverju leyti, aðeins með hliðsjón af stofnun innra þvermáls flæðimælishússins og transducer líkansins, með afganginum tímabundið hunsað.
Geometríska líkanið er skipt í þrjá hluta: framleiðslu, gas ultrasonic flæðimælir og aftari leiðsla. Meðal þeirra taka fram og aftan leiðslur uppbyggt möskva, úthljóðsflæðismælir fyrir miðju gass tekur upp fjórþunga möskva og tengiyfirborðstenging er notuð á tengipunktum, með möskvafágun á tengiflötum. Beinu úttaks- og inntaksleiðslurnar nota uppbyggt möskva sem sexkantað möskva, með hámarks möskvastærð stillt á 2, bil 1 (möskvabil fyrsta mörkalags) 1,5, hlutfall 1 (vaxtarhraði fyrsta mörkalags möskva) 2, bil 2 (annað mörk lags möskvabil, 5. vaxtarlag 5) milli vaxtarlags 5. hlutfall) af 2. Hámarks möskvastærð gasúthljóðsflæðismælisins er 5; staðbundin fágun er beitt á transducer möskva með hámarks möskvastærð 1,5; staðbundin betrumbót er beitt á viðmótsmöskva, og heldur möskvastærðinni við 2.

Mynd 3.2 Skýringarmynd af transducers við mismunandi uppsetningarhorn

Niðurstöðurit fyrir fínstillingu horns fyrir transducer

CFD uppgerð hugbúnaðarval og uppsetning

ANSYS Fluent vs COMSOL:Hver er betri fyrir ultrasonic flæðimælisuppgerð?
Turbulence líkan samanburður:k-ε vs k-ω SST vs RSM fyrir Reynolds númer 10⁴-10⁷
Gæðaviðmið möskva:y+ < 1, stærðarhlutfall < 100, skekkja < 0,85

Mynd 3.3: Líkanlíkan

Vegna mikils hraðahalla nálægt veggyfirborðinu, er betrumbætur á möskvamörkum lagsins teknar upp, með því að nota veldisvaxtarlögmál, með upphafshæð (upphafshæð) stillt á 0,1, hæðarhlutfall (hlutfall hvers jaðarlags) 1,2, Fjöldi laga (fjöldi jaðarlaga) af 3, og heildarhæð af afmörkuðu lagi. Endanleg heildarfjöldi möskva er um það bil 1,5 milljónir. Með því að taka DN80 fjögurra-vega uppsetningarhornið um 50 gráður sem dæmi, er niðurstaða möskvaskiptingarinnar sýnd á mynd 3.3.

Mynd 3.4: Hraða útlínukort við inntaksflæðishraða 10 m/s, uppsetningarhorn 50 gráður og 30 gráður

Til að skilja betur vökvadreifingu inni í leiðslunni við mismunandi uppsetningarhorn, með því að taka tvö tilvik uppsetningarhorna 30 gráður og 50 gráður sem dæmi, þegar inntaksflæðishraði er 10 m/s, eru hraðaútlínukort af leiðum eitt og þrjú sýnd á mynd 3.4.

Hafðu samband við verkfræðingateymi okkar í dag til að fá ókeypis hagkvæmnimat á leiðslum þínum og mælikröfum.