反射装置对超声波流量计水流特性的影响规律研究
【图文】：
ighonflowcharacteristicofthetable．Thenumercialsimulationishelpfulforstructureoptimizationoftheflowmeter．Keywords:Ultrasonicflowmeter;Numercialsimulation;Optimumdesign0前言时差法超声波流量计是一种利用超声波信号在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的测量方法［1］，它具有测量范围宽、测量精度高、使用方便、安装简单等特点。超声波反射装置由表面光滑的合金制成，它在传送超声波信号的同时，也阻碍流体通过，使得流量计内水流特性非常复杂。工程人员进行流量计结构优化时，需考虑图1所示反射柱直径d、换能器露出高度H、两反射柱距离L、缩管直径D等结构参数。图1超声波基表主要结构参数本文作者基于Fluent流体软件，通过数值模拟来研究反射装置结构参数对基表水流特性的影响规律，为流量计基表结构优化设计提供理论依据。1K系数根据超声波流量计测量原理可知，流量计测量的流速为超声波传播路径上的线平均速度，而非测量截面内流体的面平均速度，需引入修正系数K对其速度进行修正［1］。K系数定义为:K=v/u(1)式中:v为超声波传播路径上的线平均流速;u为管道横截面的面平均流速。K系数标准差定义为:ΔK=(K1－K－)2+(K2－K－)2+…+(KN－K－)2i酦(2)式中:ΔK为K系数标准差;K1，K2，…，Kn为N条不同声路上的K系数值;K－为这N个系数值的平
均值。目前，K系数及其标准差已成为衡量超声波反射装置、超声波声路优劣的主要依据［2］。本文对声路的定义如图2所示:以反射面中心为基准，往外每增加0.5mm进行划线，分别标记为Line0，Line1，…，LineN，对应的K系数依次编号为K1，K2，…，Kn。不同声路的K值可以通过Fluent后处理功能获龋图2超声波声路布置2反射柱直径对基表水流特性的影响规律为了研究反射柱直径对基表水流特性的影响规律，文中选取了5组不同的直径数值，分别为d=11.2、12.6、14.0、15.4、16.8mm。基表其余结构参数完全相同，换能器露出高度H=11.4mm，缩管直径D=14mm，反射装置轴向距离L=72mm。分别按照上述参数建模，并基于Fluent软件进行数值模拟，以探讨不同反射柱直径对基表内水流特性的影响规律。图3反映了不同反射柱直径对各声路K系数的影响规律。由图可知，尽管反射柱直径不同，但各声道K系数的变化规律基本一致，从中心声道Line0到第14声道Line14基本上呈先降后升的趋势，，各声路升降转折拐点并不相同。d=11.2mm时，K系数前几条声路相对平缓。随着反射柱直径d的增加，1－6声路K系数下降幅度明显增大，这是由于随着反射柱直径的增大，其阻流效果越发明显所致。图中第五条声道Line5(即横坐标5对应的K值)为不同反射柱直径K系数相交点，说明该声路K系数最为稳定，不会随反射柱直径的变化而产生显著变化。图3反射柱直径对各声路K系数的影响规律图4反映了不同反射柱直径对K系数标准差的影响规律。由图可知，当反射柱直径较小时，K系数的标准差较校随着反射柱直径的增大，如d=16.8mm时，K系数标准差呈明显增大趋势，这是由于随着反射柱直径的增大，反射装置与基表内表面之间的过流面积明显减小，流体承受阻流作用增大，流体只能以?
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