超声流量计流场分析及导波流量检测方法研究

发布时间：2020-10-18 04:39

　　 超声流量计(Ultrasonic flowmeter,UFM)作为应用最为广泛的计量工具之一,广泛应用于气体、液体等流体测量,在石油、天然气和自来水等运输方面的需求量越来越大。常用超声流量计参数设置是基于充分发展的理想流态,在实际工况下,超声流量计的安装条件往往无法满足管道内流体充分发展的需求,严重影响超声流量计的测量精度要求。每年对于超声流量计的安装与拆卸需要投入大量的人力物力,因此探索一种新型流量检测的方法也成为了许多国家关注的重点。本文针对超声流量计的测量性能、对非理想流场的适应性和导波流量测量方法展开研究,主要的研究内容包括:(1)常见工况管道内流体流态FLUENT仿真研究。对DN80型超声流量计安装上游阻流件分别为单弯管、同面双弯管和空间双弯管时管道内流态分布进行仿真分析。研究不同入口流速下管道内各截面的流态分布情况,重点对不同截面上水平声道和竖直声道流速分布进行研究,讨论不同阻流件对于超声流量计测量精度的影响。(2)超声流量计多相流流场测量稳定性实验研究。搭建专用实验平台实现测量管道内气液两相流的充分混合,采用标准称重装置将通过测量管道中的液体进行称重并转换为体积量,与单声道超声流量计、外夹式超声流量计和三声道超声流量计的测量值进行对比,以检测超声流量计在不同流态下的适应性和测量精度。(3)基于导波纵向模态对管道内液体流速进行测量的方法研究。推导充液管道中液体流动时导波纵向模态的群速度频散方程,结合波结构分析不同频率下纵向模态在充液管道中的能量分布。制定实验方案,研究当液体静止和流动时不同激励频率下充液管道中纵向模态的传播特性。研究充液管道中液体的流动速度与导波纵向模态在管道中传播速度的关系。为实现管道内流量的检测提供了一种新方法,为超声导波应用于流量检测提供理论基础。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH814.92
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 超声流量计研究现状
        1.2.1 超声流量计国内外研究现状
        1.2.2 多声道超声流量计研究现状
    1.3 超声导波研究现状
    1.4 课题来源及研究内容
第2章 超声流量计工作原理
    2.1 超声流量计测量原理
        2.1.1 传播速度差法
        2.1.2 多普勒法
        2.1.3 相关法
        2.1.4 波束偏移法
    2.2 流量修正系数
        2.2.1 充分发展层流流态分布
        2.2.2 充分发展湍流流态分布
        2.2.3 流量修正系数计算
    2.3 测量不确定度分析
    2.4 本章小结
第3章 多工况管道对超声流量计测量影响仿真研究
    3.1 流场仿真参数设置
    3.2 平面单弯管流场仿真
        3.2.1 模型建立
        3.2.2 典型流态分布
        3.2.3 径向流速分析
    3.3 平面双弯管流场仿真
        3.3.1 模型建立
        3.3.2 典型流态分布
        3.3.3 径向流速分析
    3.4 空间双弯管流场仿真
        3.4.1 模型建立
        3.4.2 典型流态分布
        3.4.3 径向流速分析
    3.5 本章小结
第4章 超声流量计多相流流量测量稳定性实验研究
    4.1 实验设备
        4.1.1 超声流量计声道分布
        4.1.2 实验用超声流量计介绍
    4.2 实验系统搭建
    4.3 实验结果分析
        4.3.1 单相液体测量稳定性分析
        4.3.2 气液两相流测量稳定性分析
    4.4 本章小结
第5章 基于导波纵向模态的流量测量方法研究
    5.1 载流管道中纵向模态的频散特性分析
        5.1.1 频散方程理论推导
        5.1.2 频散曲线数值分析
        5.1.3 纵向模态的传播特性分析
    5.2 单组传感器接收实验研究
        5.2.1 实验系统搭建
        5.2.2 实验结果分析
    5.3 双组传感器接收实验研究
        5.3.1 实验系统搭建
        5.3.2 纵向模态群速度计算
        5.3.3 实验结果分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所取得的学术成果
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 蒋学程;倪建乐;;正确选用气体超声流量计[J];油气储运;2006年06期

2 张郁麟;超声流量计[J];压电与声光;1984年02期

3 尹钟万;;新颖超声流量计[J];国外油田工程;1989年04期

4 韦余红,袁易全;夹持式超声流量计误差分析[J];声学技术;1993年01期

5 郭永琪;超声流量计的应用[J];计量技术;1994年11期

6 章立;新颖超声流量计[J];炼油化工自动化;1994年05期

7 李林华;引青自动化超声流量计井的规划与设计[J];河北水利水电技术;1995年04期

8 郑玉龙,马福军;浅谈气体超声流量计技术现状及应用前景[J];油气田地面工程;2001年05期

9 孟云棠,张艳华;测量非稳定性流体的超声流量计[J];辽宁师专学报(自然科学版);2001年04期

10 孙延祚;从阿林顿工作会议了解超声流量计国际标准的动向[J];仪器仪表标准化与计量;2002年05期

相关硕士学位论文 前10条

1 宋振华;超声流量计流场分析及导波流量检测方法研究[D];北京工业大学;2017年

2 刘婷;高温熔盐超声流量计的信号处理方法与技术研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2016年

3 方宜兵;基于高频超声的液体流量测量机理及方法研究[D];燕山大学;2016年

4 吕几凡;管道天然气超声流量计在线采样检验关键技术研究[D];中国计量学院;2012年

5 张亚;基于本质安全型低功耗气体超声流量计的监控系统设计[D];浙江大学;2017年

6 刘成强;时差式超声流量计的研究与软件实现[D];哈尔滨工程大学;2008年

7 覃莉;相位差法超声流量计的研究及软件实现[D];哈尔滨工程大学;2006年

8 段允;高精度低功耗超声流量计关键技术的研发[D];宁波大学;2011年

9 张朋勇;超声流量计非理想流场适应性研究[D];天津大学;2012年

10 曹鹏;大口径超声流量计时间参数校准[D];河北大学;2014年

本文编号：2845814