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专利名称：基于cfd技术的多声路超声流量计弯管安装声路的优化方法
技术领域：
本发明涉及一种基于CFD技术多声路超声流量计在弯管段安装的声路优化方法， 尤指利用CFD软件模拟弯管中的流场分布，调整多声路超声流量计的各个参数，使得多声 路超声流量计的测试精度能够适应流场的分布。
背景技术：
随着能源和水资源的全球性匮乏，一批关系国计民生的大型水利工程和引水调水 工程在我国迅速发展，如三峡水利枢纽、南水北调工程等。这些工程项目中经常包含一些口 径和流量都很巨大的管路，如水电站机组进水管路等，常规流量计无法适应。近年开发应用 的多声路超声流量计，较好地解决了大口径水流量测量的技术难题，流量计制造不受管路 口径的限制，多声路配置可以适应较为复杂的管路结构和流态分布，故超声流量计已成为 大口径水流量测量的最佳技术选择。对于多声路超声流量计测量标准直管段的流量，已有 较成型的模式，而对于不具备直管段安装要求，需要在弯管处安装时，如何保证测量精度的 研究几乎处于空白。由于弯管段流态的扭曲，声路数量、布置方式及安装角度对多声路超声 流量计测量精度影响显著，如何根据流场的分布情况配置最优声路布置方案，对于测量结 果显得尤为重要。

发明内容
本发明的目的在于，通过提供一种基于CFD技术多声路超声流量计在弯管段安装 声路的优化方法，对不同流场分布下多声路超声流量计的安装效应给出最优声路布置方 案，进而满足测试精度的需求。该优化方法基于对湍流模型的理论分析，根据实际管路边界条件进行建模，并利 用CFD软件分析管路内流量计安装部位的流场分布。在流场分布确定的情况下，对不同 的声路数量、测量断面数和安装角度进行数值模拟，得出各个声路的速度平均值，并利用 Gauss-Jacobi数值积分法去计算管路截面的平均流量。将不同进口流速计算的管路截面流 量进行线性拟合，利用拟合得到的斜率进行误差修正，确定在该条件下误差的波动范围，选 取误差波动范围最小的声路数量、测量断面数和安装角度作为该管路特征条件下流量计安 装部位的最优声路布置方案。本发明基于CFD技术多声路超声流量计在弯管段安装的声路优化方法包括以下 步骤1)根据流体性质、管路环境、流速范围等，利用湍流理论计算雷诺数i e = ￥、弯
ν
管处的迪安数Z)/7 = HexM、边界层厚度5 =；
\RRQyfI2)对整体管路结构进行简化，保留弯头前直管段IOD以上，弯头后直管段5D以上(D-管路直径)，并利用三维造型软件对简化后的管路建模；3)根据欲安装的多声路超声流量计干流标定的各项数据，利用三维造型软件对不 同声路数和断面数的流量计进行建模，使模型与流量计实物各项参数均相同；4)选取合适的CFD软件，并对管路模型和流量计模型根据不同的安装角进行装 配，导入CFD软件进行参数设置；5)利用CFD软件对不同的进口流速进行模拟仿真，记录入口平均流量，并提取流 量计声路断面的流场分布；6)在该流场分布条件下，利用数值积分法计算各声路的轴向速度和横流速度，并 根据式V = Vaxial士V。tgΦ计算流量计实测声路速度，其中=Vaxial为声路的轴向速度，Vc为 声路的横流速度，Φ为声路夹角；再由Gauss-Jacobi数值积分法计算该组声路断面的流
量扎=2^ 2；￡化0";)，其中R为管路半径，Wi为i声路的权系数,Vi(A)为i声路的安装位 /=1
置；7)按照步骤6)的方法逐一计算每组声路的截面平均流速，进而可以计算每组声 路的流量误差G{qmms"gajXlOO0Zo =χ οο%，其中:q_s为声路断面平均流
量，
权利要求
1.基于CFD技术的多声路超声流量计弯管安装声路的优化方法，对不同的声路数量、 测量断面数和安装角度进行数值模拟，计算管路截面的平均流量；将不同进口流速计算的 管路截面流量进行线性拟合，进行误差修正，确定在该条件下误差的波动范围，选取误差波 动范围最小的声路数量、测量断面数和安装角度作为该管路特征条件下流量计安装部位的 最优声路布置方案；其特征在于包括以下步骤1)由管路情况计算雷诺数、迪安数及边界层厚度；2)利用三维造型软件对管路及流量计建模，并根据不同的安装角对管路模型与流量计 模型进行装配；3)选取CFD软件，将装配好的模型导入并进行参数设置；4)模拟不同流速的流场分布，记录入口平均流量，并由Gauss-Jacobi数值积分法计算 声路断面流量；5)将计算的各组声路断面流量与入口平均流量代入误差计算式 e = ^Ζ^χioo% = (K,)xl00%，计算测得流量误差；iIact^act其中q_s为声路断面平均流量，qa。t为入口平均流量，Vnreas为声路断面平均流速，Vact 为入口平均流速；6)对计算的各组流量误差进行线性拟合，并根据拟合斜率修正各组误差，筛选在该流 速范围内误差值波动范围最小的一组，以该组的声路断面、声路数和安装角度作为该管路 情况的优化声路布置方案。
2.根据权利要求1所述基于CFD技术的多声路超声流量计弯管安装声路的优化方法， 其特征在于所述流量计模型数据全部来源于实测管路标定数据和流量计干式标定数据。
全文摘要
一种基于CFD技术的多声路超声流量计弯管安装声路的优化方法，主要包括，由管路情况计算雷诺数、迪安数及边界层厚度；利用三维造型软件对管路及流量计建模，并根据不同的安装角对管路模型与流量计模型进行装配；选取CFD软件，将装配好的模型导入并进行参数设置；模拟不同流速的流场分布，记录入口平均流量，计算声路断面流量；计算测得流量误差；对计算的各组流量误差进行线性拟合，并根据拟合斜率修正各组误差，筛选在该流速范围内误差值波动范围最小的一组，以该组的声路断面、声路数和安装角度作为该管路特征条件下的最优声路布置方案。本发明可以指导在不具备直管段安装条件下，合理选取多声路超声流量计的声路数量、测量断面及安装角度。
文档编号G01F1/66GK102087130SQ20101054970
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者何存富, 刘飞, 吴斌, 张力新, 樊尚春, 焦敬品 申请人:北京工业大学