超声波流量计Π形管道结构的设计方法与流程

本专利属于超声波流量计，具体涉及一种超声波流量计π形管道结构的设计方法。

背景技术：

1、超声波流量计往往安装在流体输送的管道上与控制阀门配合调节输送流量。通常由于输送距离较长，为了能够使长输管道安全稳定的运行，在实际施工建设当中要面对各种各样的问题，其中，长输管道由于形变而产生的应力变化是主要的安全问题，因为应力场的变化往往使管道失稳、变形甚至破裂，这会给管道的安全运行带来巨大影响，造成严重的经济损失，为了能够使长输能源管道的运行安全得到保障，在实际的施工建设当中采用各种方法，其中∏形管道补偿器是减小管道轴向应力化的主要方法之一。

2、专利cn2630804y公开了一种弯管流量计，弯管流量计整体呈“v”型结构，由两个45°的弯管段，两个至少大于2倍管径的直管段，一个位于中间的90°的弯管段，位于90°的弯管段的45°截面上的内外两侧两个有同轴度要求的取压体组成。当管道有流体流过时，弯管流量计将流速信号转化成差压，再通过仪表转化成差压信号，差压信号通过二次表的运算转化成可显示或可传递的直观流量数值。但管道弯曲取压体布置在管道弯曲段可能会导致取压计测量结果的偏差，且缺少数据分析证明其优势。

3、专利cn219624829u公开了一种超声波流量计管道结构，采用了超声波换能器对射方式，能够实现各种管径的流量管的流量测量，测量精度高，结构紧凑从，设计原理上避免了需要超声波反射的方式，从而使得管道内部没有安装部件，避免了安装，长时间使用堆积杂物的问题。但超声波换能器布置在流体流动方向的两侧，超声波的传递受到流体轴向速度的影响导致信号会与接收信号的换能器产生位置偏差，且不同流速受到的影响大小不同，严重影响测量结果。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种超声波流量计π型管道的设计方法，能够在对上述缺点进行改进。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种超声波流量计π形管道结构的设计方法，包括如下步骤：

3、步骤1：依据管道i个结构参数的取值范围，设计π形实验管道参数正交实验表；

4、步骤2：在solidworks中建立各π形实验管道结构模形；

5、步骤3：运用cfd仿真软件对各个π形实验管道进行数值模拟计算，得到不同管道在各设定流量下的速度场；

6、步骤4：提取仿真结果，分析每个π形实验管道在每种设定流量情况下多个截面的速度分布，截取其中整体速度分布呈现为同心环的截面；

7、步骤5：基于步骤4所提取的各个截面，运用k系数分析法，对流场的稳定性进行分析，以得到设计的各个π形实验管道中在不同流量下流场稳定性最佳的π形实验管道，具体如下：

8、引入流量修正系数kn对流量计算进行修正，kn系数的计算公式为：

9、

10、式中，vn为某π形实验管道上流体的第n条测速声线的线平均速度，u为步骤4截取π形实验管道截面上的面平均速度；

11、流体的线平均速度vn的计算方法为：在截取π形实验管道截面上取a条贯穿不同流速的测速半径，a≥3，在每条测速半径上取将该半径等分成b+1段的b个测速点，b≥3；平行于管道轴线且穿过相应测速点的为测速声线；每条测速声线长度与直管l的长度相等，在测速声线上每间隔固定间距为一个速度采样点，对获得的测速声线上的速度取平均值从而得到该测速声线上流体的线平均速度vn；

12、通过计算π形实验管道中轴线以及与n条测速声线上k系数值k0、k1、k2、…、kn，并计算标准差δk来确定管道流场的稳定性，δk的计算公式为：

13、

14、式中，为n+1个k系数值的平均值，kn为第n条声道上的k系数；

15、步骤6.将步骤5所得所有π形实验管道的δk取平均值与管道i个结构参数作为正交试验分析的输入数据，然后进行极差分析得到每个结构因素的影响大小，以得到对流场稳定性影响较大的结构因素；

16、步骤7.修正对流场稳定性影响较大的结构因素取值，然后重复步骤1-步骤6操作；直至各结构因素对流场稳定性影响较为均衡，获得优化后的π形管道。

17、作为一种优选的方案，所述步骤6中，将步骤5所得π形实验管道在不同输量下δk的平均值与管道i个结构参数作为正交试验分析的输入数据。

18、作为一种优选的方案，所述步骤5中，在测速声线上每间隔固定间距为一个速度采样点，固定间距为1/100l-1/200l间的任意值。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明提出一种超声波流量计管道结构设计方法，超声波换能器放置在该管道的两侧，使得超声波的传递速度方向与流体的流动方向平行，能够减小流体流动对超声波信号的干扰，同时以流场的稳定性为评估标准，对管道各结构参数的影响进行定量分析，参考分析结果确定各参数的大小，从而确定管道的最终大小，通过极差分析得到各结构参数对流场稳定性的影响大小，并且依据上述结果可以进行进一步的优化效果，从而可以得到限定范围内的最佳管道。

技术特征：

1.一种超声波流量计π形管道结构的设计方法，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种超声波流量计π形管道结构的设计方法，其特征在于：所述步骤6中，将步骤5所得所有π形实验管道在不同输量下δk的平均值与管道i个结构参数作为正交试验分析的输入数据。

3.如权利要求1所述的一种超声波流量计π形管道结构的设计方法，其特征在于：所述步骤5中，在测速声线上每间隔固定间距为一个速度采样点，固定间距为1/100l-1/200l间的任意值。

技术总结本发明提出一种超声波流量计Π形管道结构的设计方法，以流场的稳定性为评估标准，对管道各结构参数的影响进行定量分析，参考分析结果确定各参数的大小，从而确定管道的最终大小，通过极差分析得到各结构参数对流场稳定性的影响大小，并且依据上述结果可以进行进一步的优化效果，从而可以得到限定范围内的最佳管道。超声波换能器该放置在管道的两侧，可使得超声波的传递速度方向与流体的流动方向平行，能够减小流体流动对超声波信号的干扰。技术研发人员：李华,张孝,叶天源,王宇,王娟,陈又,邓义林,黄潋之,文孝林,廖川,胥世强受保护的技术使用者：重庆前卫科技集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4