- Gan LiuXing, Uwch Beiriannydd Mesur Llif gyda 15+ mlynedd o brofiad mewn ymchwil a datblygu llifmeter ultrasonic,

ardystiedig mewn dadansoddiad CFD (ANSYS Rhugl Proffesiynol)

Peirianneg Gwerth Mewnosodiad Efelychu Strwythur Piblinell Mesurydd Llif Ultrasonig

Pam mae Angen Technoleg Efelychu?

Mewn peirianneg ymarferol, perfformiad mewnosodmesuryddion llif ultrasonicyn cael ei effeithio'n sylweddol gan amodau'r biblinell. Mae dulliau traddodiadol yn dibynnu ar ddadfygio'r safle dro ar ôl tro, sydd nid yn unig yn gostus ond gall hefyd ddatgelu diffygion dylunio dim ond ar ôl comisiynu. Mae cyflwyno technoleg efelychu wedi newid y sefyllfa hon, gan alluogi peirianwyr i nodi a datrys problemau posibl yn y cam dylunio.

Ei werth craidd yw: trosglwyddo "costau prawf-a-gwallau" o'r maes i gyfrifiaduron, disodli arbrofion ffisegol drud â chyfrifiadau rhifiadol.

Chwe Phroblem Beirianneg Fawr wedi'u Datrys trwy Efelychu

Sut i Benderfynu ar Swydd yr Archwiliwr

Nid yw cyflymder llif mewn piblinellau wedi'i ddosbarthu'n unffurf. Mae penelinoedd a falfiau yn creu fortisau lleol, a bydd gosod stilwyr yn yr ardaloedd hyn yn arwain at ddarlleniadau gwyrgam. Mae peirianwyr yn defnyddio cyfrifiadau mecaneg hylif i ddelweddu fectorau cyflymder ar bob pwynt ar y gweill, a thrwy hynny ddewis traws-adrannau maes llif cymharol sefydlog ar gyfer gosod synhwyrydd, sy'n hanfodol ar gyfer pennu ffactor cywiro proffil llif (FPCF) yn gywir.

Dengys arfer: bydd mân wahaniaethau yn ongl gogwydd y stiliwr (ar y lefel 5 gradd) yn newid cyflwr llif yr ardal fesur. Mae profi ffurfweddau ongl lluosog yn systematig i ddod o hyd i'r ateb gyda'r gwall lleiaf posibl bron yn anymarferol mewn arbrofion corfforol, ond gellir cwblhau dadansoddiad cyfrifiadol o fewn dyddiau wrth gyfrif am allwthiad trawsddygiadur ac effeithiau cilfachog.

Ble mae'r Dagfa Cywirdeb

Mae mesuriad uwchsonig yn dibynnu ar yr egwyddor "gwahaniaeth amser", ac mae newidiadau mewn paramedrau hylif (tymheredd, pwysau, cyfansoddiad) i gyd yn effeithio ar gyflymder sain. Mae fformiwlâu empirig syml yn anodd i gwmpasu'r holl amodau gweithredu, yn enwedig wrth fodloni gofynion cywirdeb trosglwyddo dalfa.

Mae efelychu yn sefydlu'r berthynas fapio rhwng paramedrau mewnbwn a gwyriad mesur trwy ddadansoddiad dibyniaeth rhif Reynolds. Er enghraifft, pan fydd tymheredd hylif yn amrywio ±10 gradd, faint mae cyflymder sain yn newid? Sut mae'r newid hwn yn trosi'n wall llif? Gyda'r data meintiol hwn, gellir dylunio algorithmau iawndal tymheredd effeithiol.

Sut i Ymdrin â Chyflyrau Llif Cymhleth

Anaml y mae'r model llif laminaidd mewn gwerslyfrau yn ymddangos mewn piblinellau gwirioneddol. Mae cynnwrf, llif eilaidd, a hyd yn oed llif nwy hylif dau gyfnod yn achosi i broffiliau cyflymder wyro'n ddifrifol oddi wrth gyflyrau delfrydol. Gall Deinameg Hylif Cyfrifiadurol (CFD) atgynhyrchu'r ffenomenau cymhleth hyn. Mae achosion peirianneg yn dangos: mae gogwydd cyflymder sylweddol yn dal i fodoli 15 diamedr pibell i lawr yr afon o dro 90 gradd penodol. Heb ddeall hyn, gall llif a gyfrifir yn unol â thybiaethau maes llif safonol wyro o sawl pwynt canran, yn enwedig gan effeithio ar ultrasonic multipathmesurydd llifcywirdeb integreiddio.

Optimeiddio Llwybr Lluosogi Tonnau Acwstig

Mae tonnau uwchsonig yn dod ar draws ymyrraeth fel adlewyrchiadau wal pibellau, gwasgariad weldio, a diffyg-ffurfwedd canolig yn ystod lluosogi. Gall effaith gronnus y ffactorau hyn wanhau cryfder y signal neu gyflwyno sŵn.

Mae efelychiad acwstig gan ddefnyddio technegau efelychu olrhain pelydr acwstig yn datgelu trywydd gwirioneddol trawstiau y tu mewn i biblinellau. Mae rhai cyfluniadau geometrig yn cynhyrchu "parthau cysgodol acwstig," gan arwain at signalau a dderbynnir yn hynod o wan; mae ffurfweddiadau eraill, er bod ganddynt signalau cryf, yn cael effeithiau aml-lwybr sy'n achosi afluniad tonffurf. Trwy ddadansoddiad cymharol, gall peirianwyr ddewis y cynllun trefniant gyda'r gymhareb signal optimaidd i{3}}sŵn.

Sicrwydd Perfformiad Dan Gyfyngiadau Gosod

Mae manylebau safonol fel arfer yn gofyn am 20 diamedr pibell o adran bibell syth i fyny'r afon, ond yn aml ni all amodau maes fodloni'r gofyniad hwn. Gall costau addasu piblinell gyrraedd cannoedd o filoedd o ddoleri.

Mae Simulation yn darparu asesiad dichonoldeb ar gyfer "gosodiad ansafonol." Trwy gyfrifo graddau adferiad maes llif o dan wahanol hyd adrannau pibell syth, ynghyd ag iawndal cyfluniad aml-lwybrtechnoleggan ddefnyddio dull integreiddio Gauss-Jacobi, gellir cyflawni cywirdeb cymwys mewn bylchau â dim ond 6-8 diamedr pibell. Mae hyn yn gofyn am ddadansoddiad wedi'i deilwra ar gyfer prosiectau penodol, yn hytrach na chymhwyso manylebau yn unig, tra'n sicrhau dilysiad cydymffurfio ISO 17089.

Cymhwysedd i Gyfryngau Arbennig

Mae gan amodau gweithredu megis hylifau gludedd uchel, slyri sy'n cynnwys gronynnau solet, a nwyon gwasgedd tymheredd uchel uchel nodweddion llif sy'n wahanol iawn i hylifau confensiynol. Gall gosod brech arwain at ddifrod i offer neu fethiant mesur.

Mae efelychu yn caniatáu profi amodau eithafol mewn amgylcheddau rhithwir. Er enghraifft, cyfrifo a fydd grym effaith llif nwy cyflymder uchel ar y stiliwr yn achosi cyseiniant adeileddol trwy ragfynegi amlder gollwng fortecs; neu ddadansoddi a fydd amlder effaith gronynnau yn cyflymu traul synhwyrydd. Mae'r wybodaeth hon yn arwain dewis deunyddiau a dyluniad atgyfnerthu strwythurol.

Ffiniau Cymhwysiad Technegol

Nid yw efelychu yn hollalluog. Mae ei gywirdeb yn dibynnu ar:

• A yw'r model mathemategol yn cwmpasu prosesau ffisegol go iawn
• A yw gosodiadau cyflwr ffiniau yn cydymffurfio â sefyllfaoedd gwirioneddol
• A yw adnoddau cyfrifiadurol yn ddigonol ar gyfer datrysiad wedi'i fireinio

Ar gyfer ffenomenau llif cwbl newydd neu amodau gweithredu eithafol, mae angen dilysu data arbrofol ar ganlyniadau efelychu. Serch hynny, gall efelychu barhau i gyfyngu'r cwmpas arbrofol yn fawr, canolbwyntio ar baramedrau allweddol, a gwella effeithlonrwydd ymchwil a datblygu yn sylweddol.

Ffigur 3.1: Mewnosod-math Mesurydd Llif Ultrasonig

Mae Ffigur 3.1 yn dangos mewnosodiad cyffredin-math mesurydd llif ultrasonic. Ei egwyddor weithredol yw gosod pâr o synwyryddion ultrasonic ar ddwy ochr y biblinell, a chyflawni mesuriad llif cywir trwy ganfod a chyfrifo'r gwahaniaeth rhwng y cyflymder pwls ultrasonic mewn llif i lawr yr afon ac i fyny'r afon. Yn ystod y broses fesur, mae'r synwyryddion bob yn ail yn trosglwyddo ac yn derbyn signalau ultrasonic i gyfeiriadau gwahanol. Mae'r signalau ultrasonic yn lluosogi'n gyflymach mewn llif i lawr yr afon nag mewn llif i fyny'r afon; pan fydd yr hylif yn llonydd, mae'r gwahaniaeth amser yn sero. Felly, trwy fesur amser lluosogi tonnau ultrasonic mewn llif i lawr yr afon ac i fyny'r afon, gellir cael y gwahaniaeth amser t. Yn ôl y berthynas rhwng t a chyflymder llif V, gellir mesur cyflymder llif cyfartalog yr hylif yn anuniongyrchol, a gellir cyfrifo'r gyfradd llif cyfeintiol Q yn seiliedig ar arwynebedd trawsdoriadol y biblinell.

Dylai dyluniad y sianel hylif ystyried y cyflymder llif hylif a'r ystod llif, lle mae angen i ddyluniad y biblinell ganolbwyntio mwy ar yr ystod cyflymder llif hylif i sicrhau cywirdeb mesur llif. Bydd cyflymder llif hylif rhy uchel neu isel yn y pen draw yn effeithio ar nodweddion lluosogi signalau ultrasonic.

Mae angen i ddimensiynau'r biblinell, sef diamedr mewnol y biblinell, gydweddu â diamedr mewnol y biblinell fesuredig i leihau aflonyddwch i lif hylif ac felly osgoi effeithio ar y canlyniadau mesur terfynol. Dylai'r strwythur cynnal yn y strwythur piblinell ddewis deunyddiau sy'n gwrthsefyll cyrydiad ac sy'n gwrthsefyll traul i ymestyn oes y gwasanaeth; ar yr un pryd, mae angen dyluniad rhesymol i sicrhau ei sefydlogrwydd o dan gyflymder llif uchel neu bwysau uchel. Mae angen i'r transducer ultrasonic ddewis math transducer ultrasonic priodol (fel math tonnau tywys neu fath adlewyrchiad) yn unol â gofynion y cais, ac yna dewis safle priodol i osod y transducer ultrasonic i sicrhau y gall y signal ultrasonic basio'n effeithiol drwy'r biblinell gyfan.
Yn ogystal â'r ffactorau uchod, mae ymchwil a gynhaliwyd gan Tang Xiaoyu [103] ac ysgolheigion eraill o Brifysgol Zhejiang hefyd yn cynnwys: o dan amodau tro 90 gradd a thro 180 gradd, dylanwad dosbarthiad cyflymder llif nad yw'n ddelfrydol ar bob llwybr acwstig o'r llifmeter ultrasonic, yn enwedig yr effaith ar fesur cyflymder llif a chywirdeb llifmeter. Defnyddiodd Zhang Zhijun a Zhu Yingsheng[102] ac ysgolheigion eraill, yn seiliedig ar ymchwil flaenorol, dechnoleg efelychu CFD i gynnal dadansoddiad efelychu ar 7 ongl (ar gyfnodau 5 gradd) rhwng 30 gradd a 60 gradd ar gyfer onglau gosod trawsddygiadur ultrasonic. Mae'r canlyniadau'n dangos bod: onglau gosod gwahanol yn effeithio ar y dosbarthiad cyflymder llif yn rhan rhigol y llwybr acwstig. Ar yr un pryd, dadansoddwyd y gwall cymharol rhwng y cyflymder llif efelychiedig a'r cyflymder llif delfrydol, a phenderfynwyd mai'r ongl gosod transducer gorau posibl ar gyfer y mesurydd llif uwchsonig nwy diamedr DN80 a gynlluniwyd yw 50 gradd.

Mewnosod-math Ymchwil Efelychu Piblinell Mesur Llif Ultrasonic

Mae ymchwil efelychu yn ystyried tair agwedd:

Efelychiad dynameg hylif, efelychiad lluosogi ultrasonic, ac efelychu mecaneg strwythurol. Gan ddefnyddio modelau CFD (Deinameg Hylif Cyfrifiadurol), gellir efelychu'r llif hylif y tu mewn i'r biblinell, ac yna gellir dadansoddi effeithiau ffactorau megis dosbarthiad cyflymder llif a llif fortecs ar lluosogi signal ultrasonic. Yn ystod y broses efelychu, dylid gwirio vortices posibl, swigod, ac ati yn yr hylif er mwyn osgoi ymyrraeth â mesur ultrasonic cymaint â phosibl.
Gan gymryd dylanwad gwahanol onglau gosod trawsddygiadur ar ddosbarthiad cyflymder llif fel enghraifft, os yw cyfanswm hyd corff y llifmedr piblinell yn L=230 mm a'r diamedr yn D=80 mm. Gosodwch ongl gosod y transducer i 30 gradd ~ 60 gradd, a sefydlu model efelychu bob 5 gradd. Dangosir onglau gosod gwahanol yn Ffigur 3.2. Er mwyn lleihau'r defnydd o gof cyfrifiadurol a llwyth cyfrifiannol pan fydd meddalwedd ANSYS yn perfformio efelychiad, gellir symleiddio model CFD y mesurydd llif ultrasonic nwy i ryw raddau, dim ond ystyried sefydlu diamedr mewnol y tai flowmeter a'r model transducer, gyda'r gweddill yn cael ei anwybyddu dros dro.
Rhennir y model geometrig yn dair rhan: piblinell flaen, llifmedr uwchsonig nwy, a phiblinell gefn. Yn eu plith, mae'r piblinellau blaen a chefn yn mabwysiadu rhwyll strwythuredig, mae'r llifmedr uwchsonig nwy canol yn mabwysiadu rhwyll tetrahedral, a defnyddir cysylltiad wyneb Rhyngwyneb yn y pwyntiau cysylltiad, gyda mireinio rhwyll ar yr arwynebau cysylltiad. Mae'r piblinellau allfa a fewnfa syth yn mabwysiadu rhwyll strwythuredig fel rhwyll hexahedral, gyda maint rhwyll uchaf wedi'i osod i 2, Spacing1 (bylchau rhwyll haen ffin gyntaf) o 1.5, Cymhareb 1 (cyfradd twf rhwyll haen ffin gyntaf) o 2, Spacing2 (rhwyll ail haen ffin) o 1.5, a graddfa twf uchaf mesh haenen uwchsonig 2. adran corff flowmeter yw 5; mae mireinio lleol yn cael ei gymhwyso i'r rhwyll transducer gydag uchafswm maint rhwyll o 1.5; mae mireinio lleol yn cael ei gymhwyso i'r rhwyll rhyngwyneb, gan gadw maint y rhwyll yn 2.

Ffigur 3.2 Diagram Sgematig o Drawsddygiaduron ar Onglau Gosod Gwahanol

Siart Canlyniadau Optimeiddio Ongl Transducer

Dewis a Gosod Meddalwedd Efelychu CFD

ANSYS Rhugl vs COMSOL:Pa un sy'n well ar gyfer efelychiad llifmeter ultrasonic?
Cymhariaeth model cynnwrf:k-ε vs k-ω SST yn erbyn RSM ar gyfer rhif Reynolds 10⁴-10⁷
Meini prawf ansawdd rhwyll:y+ < 1, cymhareb agwedd < 100, sgiwrwydd < 0.85

Ffigur 3.3: Modelu Model

Oherwydd y graddiant cyflymder mawr ger wyneb y wal, mabwysiadir mireinio rhwyll haen ffin, gan ddefnyddio cyfraith twf esbonyddol, gydag Uchder Cychwynnol (uchder cychwynnol) wedi'i osod i 0.1, Cymhareb Uchder (cymhareb pob haen ffin) o 1.2, Nifer yr Haenau (nifer yr haenau terfyn) o 3, a Cyfanswm Uchder (cyfanswm uchder yr haenau terfyn) o 0.7. Cyfanswm y cyfrif rhwyll terfynol yw tua 1.5 miliwn. Gan gymryd ongl gosod trawsddygiadur llwybr pedwar DN80 o 50 gradd fel enghraifft, dangosir canlyniad rhaniad y rhwyll yn Ffigur 3.3.

Ffigur 3.4: Mapiau Cyfuchlin Cyflymder ar Gyflymder Llif Mewnfa o 10 m/s, Onglau Gosod o 50 gradd a 30 gradd

Er mwyn deall yn well y dosbarthiad hylif y tu mewn i'r biblinell ar wahanol onglau gosod, gan gymryd y ddau achos o onglau gosod o 30 gradd a 50 gradd fel enghreifftiau, pan fo cyflymder llif y fewnfa yn 10 m/s, dangosir mapiau cyfuchlin cyflymder llwybrau un a thri yn Ffigur 3.4.

Cysylltwch â'n tîm peirianneg heddiw i gael asesiad dichonoldeb canmoliaethus o'ch amodau piblinell a'ch gofynion mesur.