CN110426085A - 一种节流式流量测量装置流量算法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节流式流量测量装置流量算法，包括以下步骤：步骤S1：获得条件参数；步骤S2：基于条件参数，得到初始流出系数C和初始系数A；步骤S3：基于初始流出系数C和初始系数A，得到雷诺系数Rek；步骤S4：更新雷诺系数Rek得到更新后的雷诺系数Rek+1；步骤S5：基于雷诺系数Rek+1，得到流出系数Ck+1；步骤S6：基于雷诺系数Rek和流出系数Ck+1，得到残差δk；步骤S7：判断残差是否符合设定范围，若是，计算得到节流式流量测量装置流量，若否，k＝k+1，并重复步骤S4‑步骤S6。与现有技术相比，消除流量测量中工况变化导致流出系数改变产生的附加误差，有效提升流量计算精度。

Description

一种节流式流量测量装置流量算法
技术领域
本发明涉及节流式流量测量装置技术领域，尤其是涉及一种节流式流量测量装置流量算法。
背景技术
节流式流量测量装置是应用最广、历史最久的一种流量测量设备。它具有结构简单、运行可靠、通用性强等特点，广泛应用于石油、化工、电力、冶金等行业。它的原理是流体通过节流装置时，流束收缩、流速增大、静压降低，在节流件前后产生压力差，利用差压值与流量的数值关系计算得出流体流量。节流式测量装置的流量计算公式为：
式中qm为质量流量，单位为Kg/s；d为运行工况下的管道内径，单位为mm；β为d与工况下管道内径D的比值，无量纲；ε为流体的膨胀系数，无量纲；c为流出系数，无量纲；ρ为流体密度，单位为Kg/m3；ΔP为节流件前后差压，单位为KPa。
设计节流式流量测量装置时，c、ε、β、d、ρ都由设计工况下的流体温度T、压力P和差压ΔP确定。实际测量过程中，装置大部分时间都偏离设计工况运行，参与计算的状态参数将产生偏移，使流量计算产生附加误差，并且累积误差随着工况偏离程度同步增大。所以使用正确的方法对各参数进行补偿是流量测量中至关重要的环节。流出系数C定义为实际流量与理论流量的比值，是影响流量计算精确度最大的参数，它是雷诺数Re的单值函数，如何在工况变化时对其进行实时补偿是流量算法的难点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节流式流量测量装置流量算法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种节流式流量测量装置流量算法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：获得条件参数；
步骤S2：基于条件参数，得到初始流出系数C和初始系数A；
步骤S3：基于初始流出系数C和初始系数A，得到雷诺系数Rek；
步骤S4：更新雷诺系数Rek得到更新后的雷诺系数Rek+1；
步骤S5：基于雷诺系数Rek+1，得到流出系数Ck+1；
步骤S6：基于雷诺系数Rek和流出系数Ck+1，得到残差δk；
步骤S7：判断残差是否符合设定范围，若是，计算得到节流式流量测量装置流量，若否，k＝k+1，并重复步骤S4-步骤S6。
所述的条件参数包括工况下额定管道内径、节流式流量测量装置前后差压ΔP、运行工况下额定管道内径、压力P、温度T、流体密度ρ、流体粘度μ、温度系数λd和λD。
所述的流体密度ρ和流体粘度μ由通过物性公式得到的拟合函数得到。
所述的步骤S2基于条件参数，还得到实际温度工况下管道内径D、运行工况下管道内径d、运行工况下管道内径d与实际温度工况下管道内径D比值β和流体膨胀系数ε。
所述的步骤S3由初始流出系数C和初始系数A得到雷诺系数Rek为：
Rek＝C×A。
所述的步骤S5由雷诺系数Rek+1得到流出系数Ck+1为：
其中，μ为流体粘度。
所述的残差为：
δk＝Rek-Ck+1A。
所述的雷诺系数Rek更新公式为：
所述的k≥3，k＝1和k＝2时，Rek和δk均为预设值。
所述的设定范围为：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)实现基于雷诺数的实时流出系数补偿，消除流量测量中工况变化导致流出系数改变产生的附加误差，有效提升流量计算精度。
(2)介质密度、粘度采用拟合公式，解决物性参数压力、温度补偿问题，多维度提升算法精度。
(3)算法复杂度低，对算力要求小，可在一般系统中实现低残差的实时迭代计算，实现对流出系数和流量的动态补偿。
(4)通用性广，基于基本的节流装置流量计算公式，对于装置结构、测量介质、温压范围等要求较少，具有广泛的适用性。
(5)实现流动特性自识别，可实时准确计算雷诺数、密度、粘度等参数，依据此类参数可对流体流动状态准确识别把握，可在此基础上进一步实现流动状态分类。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
1.根据国际水和水蒸气性质协会(IAPWS)推出的物性公式对液态水的密度、粘度随温度、压力的变化函数进行高阶的多项式拟合，如遇其他流体，同样参考标准物性公式进行类似的函数拟合。
液态水密度的多项式拟合公式为：
T<110℃
ρ水＝1003.491+0.435*P-0.1834*T-0.00048*P2-0.0027*T2+0.00022*P*T
110℃≤T<170℃
ρ水＝1012.811+0.263*P-0.348*T-0.00089*P2-0.0019*T2+0.00020*P*T
170℃≤T<220℃
ρ水＝1006.023-0.091*P-0.233*T-0.0021*P2-0.0024*T2+0.00435*P*T
220℃≤T<280℃
ρ水＝972.290-0.779*P+0.134*T-0.0042*P2-0.0034*T2+0.00784*P*T
280℃≤T<310℃
ρ水＝760.321-4.028*P+1.936*T-0.0142*P2-0.0072*T2+0.0212*P*T
液态水粘度的多项式拟合公式为：
μ水＝[23.821*(T/100)6-276.111*(T/100)5+1299.587*(T/100)4-3206.670*(T/100)3+4
483.00*(T/100)2-3587.541*(T/100)+1551.477]/1000000
2.流出系数C对于不同类型的节流装置计算与表示形式各不相同，但都可归结为雷诺数Re的单值函数，即：
C＝f(Re)(1)
节流式流量测量装置的流量与雷诺数的关系式为：
其中，μ为流体粘度。
可得：
令：
则：
Re＝CA (5)
设残差：
δ＝Re-CA (6)
3.通过以下的迭代流程，最终可以得到对应实时工况的高精度流出系数C并且根据流量公式计算出实时流量，本实施例流体为水，ρ、μ使用1中拟合的公式进行计算，即ρ为ρ水、μ为μ水，k为迭代次数。
迭代流程包括以下步骤：
步骤S1：获得条件参数；
步骤S2：基于条件参数，得到初始流出系数C和初始系数A；
步骤S3：基于初始流出系数C和初始系数A，得到雷诺系数Rek；
步骤S4：更新雷诺系数Rek得到更新后的雷诺系数Rek+1；
步骤S5：基于雷诺系数Rek+1，得到流出系数Ck+1；
步骤S6：基于雷诺系数Rek和流出系数Ck+1，得到残差δk；
步骤S7：判断残差是否符合设定范围，若是，计算得到节流式流量测量装置流量，若否，k＝k+1，并重复步骤S4-步骤S6。
条件参数包括工况下额定管道内径、节流式流量测量装置前后差压ΔP、运行工况下额定管道内径、压力P、温度T、流体密度ρ、流体粘度μ、温度系数λd和λD。
流体密度ρ和流体粘度μ由通过物性公式得到的拟合函数得到。
步骤S2基于条件参数，还得到实际温度工况下管道内径D、运行工况下管道内径d、运行工况下管道内径d与实际温度工况下管道内径D比值β和流体膨胀系数ε。
步骤S3由初始流出系数C和初始系数A得到雷诺系数Rek为：
Rek＝C×A
步骤S5由雷诺系数Rek+1得到流出系数Ck+1为：
残差为：
δk＝Rek-Ck+1A
雷诺系数Rek更新公式为：
k≥3，k＝1和k＝2时，Rek和δk均为预设值。
设定范围为：
本实施例具有以下优点：
实现基于雷诺数的实时流出系数补偿，消除流量测量中工况变化导致流出系数改变产生的附加误差，有效提升流量计算精度。
介质密度、粘度采用拟合公式，解决物性参数压力、温度补偿问题，多维度提升算法精度。
算法复杂度低，对算力要求小，可在一般系统中实现低残差的实时迭代计算，实现对流出系数和流量的动态补偿。
通用性广，基于基本的节流装置流量计算公式，对于装置结构、测量介质、温压范围等要求较少，具有广泛的适用性。
实现流动特性自识别，可实时准确计算雷诺数、密度、粘度等参数，依据此类参数可对流体流动状态准确识别把握，可在此基础上进一步实现流动状态分类。

Claims (10)

1.一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：获得条件参数；
步骤S2：基于条件参数，得到初始流出系数C和初始系数A；
步骤S3：基于初始流出系数C和初始系数A，得到雷诺系数Rek；
步骤S4：更新雷诺系数Rek得到更新后的雷诺系数Rek+1；
步骤S5：基于雷诺系数Rek+1，得到流出系数Ck+1；
步骤S6：基于雷诺系数Rek和流出系数Ck+1，得到残差δk；
步骤S7：判断残差是否符合设定范围，若是，计算得到节流式流量测量装置流量，若否，k＝k+1，并重复步骤S4-步骤S6。
2.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的条件参数包括工况下额定管道内径、节流式流量测量装置前后差压ΔP、运行工况下额定管道内径、压力P、温度T、流体密度ρ、流体粘度μ、温度系数λd和λD。
3.根据权利要求2所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的流体密度ρ和流体粘度μ由通过物性公式得到的拟合函数得到。
4.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的步骤S2基于条件参数，还得到实际温度工况下管道内径D、运行工况下管道内径d、运行工况下管道内径d与实际温度工况下管道内径D比值β和流体膨胀系数ε。
5.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的步骤S3由初始流出系数C和初始系数A得到雷诺系数Rek为：
Rek＝C×A。
6.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的步骤S5由雷诺系数Rek+1得到流出系数Ck+1为：
其中，μ为流体粘度。
7.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的残差为：
δk＝Rek-Ck+1A。
8.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的雷诺系数Rek更新公式为：
9.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的k≥3，k＝1和k＝2时，Rek和δk均为预设值。
10.根据权利要求1所述的一种节流式流量测量装置流量算法，其特征在于，所述的设定范围为：
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