CN115684652B - 一种计量表整流效果分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计量表整流效果分析方法，包括提供计量表内部流腔结构的流腔测量区域，计算流腔测量区域的内部平均流速，定量计算内部平均流速J_测与内部理论平均流速J_理的流速误差E，在n种不同来流状态下，分别计算流速误差的相对流速误差，若相对流速误差满足一定误差范围时，则认定计量表内部流腔结构的整流效果满足要求。本发明通过数值计算，从选择模型到建模数值计算，从不同维度出发计算流腔测量区域的内部平均流速，然后定量计算内部平均流速与内部理论平均流速的流速误差，最后在不同来流状态下分别输出三个维度的相对流速误差，这样的方法能更准确判断计量表内部流腔整流效果，大大提升准确度，缩短开发周期，提升产品力。

Description

一种计量表整流效果分析方法

技术领域

本发明涉及计量技术领域，具体涉及一种计量表整流效果分析方法。

背景技术

流速测量的仪表在计量全流速、温度10-60℃(根据介质而定)介质时，其整流效果的稳定性分析是至关重要的，而影响流动介质计量的主要因素有两点，一是测量介质的流场分布是否稳定，二是电子仪表的信号捕捉流速误差，其中第一种测量介质的流场分布是否稳定是可以做分析的。影响测量介质的流场的因素主要有两点，一是测量结构，二是介质物性，前者决定进入测量区域的流动介质的抗来流干扰性，后者为介质属性对速度分布的影响。

目前计量表体分析方法集中在两个方向，一是实验法，就是针对问题点，凭空臆想n种新结构，直接做样件在试验台测试，根据实验结果判定可行性，此方法简单有效直接，但试验周期较长，影响开发进度；二是数值计算，通过分析内部流场均匀性，定性判断整流效果，比如前置直管根据流场分布对称性判断，但该数值计算中会用到较多的主观经验判断，主观性猜测占主导，结果不够准确。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种全新整流效果分析方法，分析不同来流状态经过内部测量结构时对来流的抗干扰性，从而判断计量表整流效果是否满足要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种计量表整流效果分析方法，包括如下步骤：

S1、提供计量表内部流腔结构的流腔测量区域；

S2、计算流腔测量区域的内部平均流速；

S3、定量计算内部平均流速J_测与内部理论平均流速J_理的流速误差E；

S4、在n种不同来流状态下，分别计算流速误差的相对流速误差；

S5、若相对流速误差满足一定误差范围时，则认定计量表内部流腔结构的整流效果满足要求。

进一步地，所述S2中，采用三个维度分别计算流腔测量区域的内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3；

所述S3中，定量计算内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3与内部理论平均流速J_理的流速误差E_r1、E_r2、E_r3；

所述S4中，在n种不同来流状态下，分别计算第一维度的流速误差E_r1的相对流速误差δ_r1，第二维度的流速误差E_r2的相对流速误差δ_r2，以及第三维度的流速误差E_r3的相对流速误差δ_r3；

所述S5中，若相对流速误差δ_r1、δ_r2、δ_r3同时满足一定误差范围时，则认定计量表内部流腔结构的整流效果满足要求。

优选地，所述三个维度的内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3，分别为：

第一维度取流腔测量区域中心线的平均流速J_r1；

第二维度取以流腔测量区域中心线为轴的不同外径圆柱面或圆锥面的平均流速J_r2；以及第三维度取不同圆柱面或圆锥面上线平均流速J_r3。

对应的当采用三个维度进行优化计算时，在n种不同来流状态下，分别计算第一维度的流速误差E_r1的相对流速误差δ_r1，第二维度的流速误差E_r2的相对流速误差δ_r2，以及第三维度的流速误差E_r3的相对流速误差δ_r3，具体的公式如下：

δ_r1＝max(E_r11、E_r12......E_r1n)-min(E_r11、E_r12......E_r1n)

δ_r2＝SUM₁{[max(E_r21、E_r22......E_r2n)-min(E_r21、E_r22......E_r2n)]₁、[max(E_r21、E_r22......E_r2n)-min(E_r21、E_r22......E_r2n)]₂......}

δ_r3＝SUM₂{[max(E_r31、E_r32......E_r3n)-min(E_r31、E_r32......E_r3n)]₁、[max(E_r31、E_r32......E_r3n)-min(E_r31、E_r32......E_r3n)]₂......}

式中，E_r11、E_r12......E_r1n为n种来流状态下第一维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差，E_r21、E_r22......E_r2n为n种来流状态下第二维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差，E_r31、E_r32......E_r3n为n种来流状态下第三维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差。

优选地，需要同时满足的相对流速误差δ_r1、δ_r2、δ_r3的范围为：0≤δ_r1≤1％、0≤δ_r2≤3％、0≤δ_r3≤30％。

优选地，所述n种不同来流状态包括一个直管和n-1种不同安装角度的弯管，所述弯管的安装角度包括八种，分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°。

由以上技术方案可知，本发明通过数值计算，从选择模型到建模数值计算，从不同维度出发计算流腔测量区域的内部平均流速，然后定量计算内部平均流速与内部理论平均流速的流速误差，最后在不同来流状态下分别输出三个维度的相对流速误差，这样的方法能更准确判断计量表内部流腔整流效果，大大提升准确度，缩短开发周期，提升产品力。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明中0°弯管的连接示意图；

图3为本发明90°的弯管的连接示意图；

图4为本发明中直管来流状态和0°安装角度弯管来流状态的内部流场分布。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

本发明通过数值计算分析计量表内部流腔对来流的抗干扰性，计量表可以是DN20-DN200任何管径水表、热量表等超声波流量计量仪器，本实施例通过建模的方法形成计量表内部流腔，形成一个流腔测量区域。

本发明的来流状态是指前置在流腔测量区域之前的管路类型，为了模拟分析不同来流状态下的计量表内部流腔整流效果，本发明选择直管以及不同角度的弯管分别作为来流状态进行分析。本实施例中的弯管1是指中部有连续两个九十度弯部的弯管1，该弯管的一端与计量表2入流口连通，弯管1的另一端外接来流，同一个弯管1不同来流的形成是通过改变弯管1与计量表2的安装角度来实现的，本实施例中，定义图2所示弯管1的安装角度为0°，将该0°的弯管1顺时针旋转90°得到图3所示的弯管1，则该弯管1为的安装角度为90°，采用这种定义方式，在顺时针方向旋转不同角度可以得到多个不同安装角度的弯管1，因此，本发明选用一个直管作为来流状态，再选择n-1个不同安装角度的弯管。本实施例中，选择前置9种不同来流状态，9种不同来流状态包括8个不同安装角度的弯管和一个直管，弯管的安装角度分别选用0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。

本实施例的计量表整流效果分析方法，包括如下步骤：

步骤一、提供计量表内部流腔结构的流腔测量区域；

步骤二、采用三个维度分别计算流腔测量区域的内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3。

三个维度的内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3，分别为：

第一维度取流腔测量区域中心线的平均流速J_r1；

第二维度取以流腔测量区域中心线为轴的不同外径圆柱面或圆锥面的平均流速J_r2；以及第三维度取不同圆柱面或圆锥面上线平均流速J_r3。

内部平均流速的计算过程如下：

先计算雷诺数式中ρ为介质密度，v为介质平均流速，l为测量区域特征长度，μ为介质粘度；然后根据雷诺数和介质温度确定流体物理模型，流体物理模型指的就是流体流态是层流还是湍流，当介质温度范围为20-60摄氏度，雷诺数在2000以下时，流体流态按照层流，雷诺数大于2000时，流体流态按照湍流，同时设置进口为定质量流量，出口为压力出口；模型前处理：画网格，其基础尺寸设置0.8mm-1.2mm，内部流腔结构的测量区域网格加密处理，尺寸大小设置为基础尺寸的50％，曲率设置为10°～18°，再分别进行修复面网格、生成体网格、诊断体网格质量的处理；最后在测量区域任意选择一个点，取得径向界面下的内部流速J_r1、J_r2、J_r3。

本实施例中，选用直管来流状态和0°安装角度的弯管来流状态作为演示，参照图4所示，不同灰度深度表示不同位置处流速有差异，其中，深灰代表高速区；从以上前置直管和0°弯管简单分析，内部流场有明显区别，具体速度差异可通过选取点、线、面计算。

步骤三、定量计算内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3与内部理论平均流速J_理的流速误差E_r1、E_r2、E_r3，计算公式如下：

J_理＝4Q_m/(πd²ρ)

E_r1＝(J_r1-J_理)/J_理

E_r2＝(J_r2-J_理)/J_理

E_r3＝(J_r3-J_理)/J_理

其中，Q_m为质量流量，d为流腔测量区域的直径，ρ为流体密度。

步骤四、在9种不同来流状态下，分别计算第一维度的流速误差E_r1的相对流速误差δ_r1，第二维度的流速误差E_r2的相对流速误差δ_r2，以及第三维度的流速误差E_r3的相对流速误差δ_r3，公式如下：

δ_r1＝max(E_r11、E_r12......E_r1n)-min(E_r11、E_r12......E_r1n)

δ_r2＝SUM₁{[max(E_r21、E_r22......E_r2n)-min(E_r21、E_r22......E_r2n)]₁、[max(E_r21、E_r22......E_r2n)-min(E_r21、E_r22......E_r2n)]₂......}

δ_r3＝SUM₂{[max(E_r31、E_r32......E_r3n)-min(E_r31、E_r32......E_r3n)]₁、[max(E_r31、E_r32......E_r3n)-min(E_r31、E_r32......E_r3n)]₂......}

式中，E_r11、E_r12......E_r1n为n种来流状态下第一维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差，E_r21、E_r22......E_r2n为n种来流状态下第二维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差，E_r31、E_r32......E_r3n为n种来流状态下第三维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差。

步四骤中，三个维度在9种不同来流状态下的测量位置是需要不变，其中第一维度下只有一个测量位置，因为用的是中心线，第二维度下需要取不同的径向圆柱面，所以多个测量位置也不能变化，同样在第三维度下因为也是取不同圆柱面上的流速，所以有多个测量位置也是不变的，这样才能保证分析的准确度。

步骤五、若相对流速误差δ_r1、ε_r2、δ_r3满足：0≤δ_r1≤1％、0≤δ_r2≤3％、0≤δ_r3≤30％时，则认定计量表内部流腔结构的整流效果满足要求。

超声波计量是波在介质中的传播速度在顺水流和逆水流的差异而求出介质流速的方法来测量流量，当外界环境(来流)改变时，内部流场分布直接影响计量稳定性，而内部流场分布稳定性取决于整流效果，整流效果直接表现在于流速稳定性，上述方法定量分析了各种来流下内部流场具体速度差异，因此可以作为提高计量稳定性重要分析方法。当计量表内部流场稳定后，批量生产的表体流量偏差范围缩小，后端对流速误差修正可以更细化，从而提高计量精度。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种计量表整流效果分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、提供计量表内部流腔结构的流腔测量区域；

S2、计算流腔测量区域的内部平均流速；

S3、定量计算内部平均流速J_测与内部理论平均流速J_理的流速误差E；

S4、在n种不同来流状态下，分别计算流速误差的相对流速误差；

S5、若相对流速误差满足误差范围时，则认定计量表内部流腔结构的整流效果满足要求；

所述S2中，采用三个维度分别计算流腔测量区域的内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3；

所述三个维度的内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3，分别为：

第一维度取流腔测量区域中心线的平均流速J_r1；

第二维度取以流腔测量区域中心线为轴的不同外径圆柱面或圆锥面的平均流速J_r2；

第三维度取不同圆柱面或圆锥面上线平均流速J_r3。

2.根据权利要求1所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，所述定量计算内部平均流速J_测与内部理论平均流速J_理的流速误差E，计算方式如下：

J_理＝4Q_m/(πd²ρ)

E＝(J_测-J_理)/J_理

其中，Q_m为质量流量，d为流腔测量区域的直径，ρ为流体密度。

3.根据权利要求1所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，

所述S3中，定量计算内部平均流速J_r1、J_r2、J_r3与内部理论平均流速J_理的流速误差E_r1、E_r2、E_r3；

所述S4中，在n种不同来流状态下，分别计算第一维度的流速误差E_r1的相对流速误差d_r1，第二维度的流速误差E_r2的相对流速误差d_r2，以及第三维度的流速误差E_r3的相对流速误差d_r3；

所述S5中，若相对流速误差d_r1、d_r2、d_r3同时满足误差范围时，则认定计量表内部流腔结构的整流效果满足要求。

4.根据权利要求3所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，所述第一维度的相对流速误差d_r1、第二维度相对流速误差d_r2、第三维度相对流速误差d_r3的计算公式如下：

δ_r1＝max(E_r11、E_r12......E_r1n)-min(E_r11、E_r12......E_r1n)

δ_r2＝SUM₁{[max(E_r21、E_r22......E_r2n)-min(E_r21、E_r22......E_r2n)]₁、[max(E_r21、E_r22......E_r2n)-min(E_r21、E_r22......E_r2n)]₂......}

δ_r3＝SUM₂{[max(E_r31、E_r32......E_r3n)-min(E_r31、E_r32......E_r3n)]₁、[max(E_r31、E_r32......E_r3n)-min(E_r31、E_r32......E_r3n)]₂......}

式中，E_r11、E_r12......E_r1n为n种来流状态下第一维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差，E_r21、E_r22......E_r2n为n种来流状态下第二维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差，E_r31、E_r32......E_r3n为n种来流状态下第三维度的内部流速J_r1与内部理论平均流速J_理的流速误差。

5.根据权利要求3所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，所述相对流速误差d_r1的满足的范围为：0≤d_r1≤1％。

6.根据权利要求3所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，所述相对流速误差d_r2满足的范围为：0≤d_r2≤3％。

7.根据权利要求3所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，所述相对流速误差d_r3满足的范围为：0≤d_r3≤30％。

8.根据权利要求1-3任一项所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，所述n种不同来流状态包括一个直管和n-1种不同安装角度的弯管。

9.根据权利要求8所述的计量表整流效果分析方法，其特征在于，所述弯管的安装角度包括八种，分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°。