Mae llifmedr uwchsonig nwy yn cyfeirio at fesurydd llif sy'n cael ei osod ar biblinell gyda nwy sy'n llifo ac yn mesur y llif nwy trwy'r egwyddor ultrasonic. Mae mesurydd llif uwchsonig nwy llwybr sengl yn cyfeirio at ddyfais sydd â dim ond un llwybr acwstig, tra bod llifmedr uwchsonig nwy gyda dau lwybr acwstig neu fwy yn cael ei alw'n fesurydd llif uwchsonig nwy aml-lwybr.
Sut mae mesurydd llif ultrasonic yn gweithio? Yr egwyddor sylfaenol ar gyfer mesur cyflymder llif gyda llifmedr uwchsonig nwy yw cyfrifo cyflymder llif, cyfradd llif, dwysedd a pharamedrau eraill yr hylif nwy trwy fesur amser lluosogi tonnau ultrasonic yn y cyfrwng nwyol. Mae'r bennod hon yn bennaf yn dadansoddi'r egwyddor weithredol o fesur llif ultrasonic amser cludo a'r ffactorau sy'n effeithio ar fesur llif, ac yn cynnal astudiaethau efelychu ar sut i wella cywirdeb mesur llif, er mwyn gwneud paratoadau ar gyfer astudio dulliau mesur llif nwy ultrasonic aml-lwybr a modelu mecanwaith.
Dadansoddiad o'r Egwyddor Weithredol o Drafnidiaeth-Mesur Llif Nwy Uwchsonig Amser
Mae'r dull mesur llif nwy trosiannol yn ddull mesur llif nwy lle, dros yr un hyd llwybr â'r nwy, mae'r gwahaniaeth amser ymlediad rhwng dau signal ultrasonic sy'n teithio i lawr yr afon ac i fyny'r afon yn cael ei ddefnyddio i bennu cyflymder llif nwy cyfartalog ar hyd y llwybr acwstig. Pan fydd tonnau ultrasonic yn lluosogi mewn cyfrwng nwyol sy'n llifo, mae eu cyflymder lluosogi yn amrywio gyda chyflymder llif y nwy.
Yn fwy penodol, mae cyflymder lluosogi tonnau ultrasonic yn newid i'r un cyfeiriad â chyflymder y llif nwy: pan fydd y cyflymder llif nwy yn cynyddu, mae cyflymder lluosogi tonnau ultrasonic i'r un cyfeiriad hefyd yn cynyddu yn unol â hynny; i'r gwrthwyneb, os yw'r cyflymder llif nwy yn cynyddu tra'n groes i'r cyfeiriad lluosogi ultrasonic, bydd y cyflymder ultrasonic yn gostwng yn unol â hynny.
Strwythur Sylfaenol Pibell Uwchsonig-Synhwyrydd Llif
Fel y dangosir yn Ffig. 2.1, mae dau drawsddygiadur ultrasonic sy'n gallu trosglwyddo a derbyn curiadau ultrasonic (y cyfeirir atynt fel chwiliedyddion neu drawsddygwyr) wedi'u mewnosod ar un ochr neu ar ddwy ochr y biblinell. Gelwir llwybr gwirioneddol y signal ultrasonic rhwng y trawsddygiaduron trosglwyddo a derbyn yn llwybr acwstig; felly, mae pâr o drawsddygiaduron yn ffurfio un llwybr acwstig. Mae pilen sy'n trosglwyddo sain neu ran o wal canllaw tonnau acwstig yn cael ei threfnu rhwng y trawsddygiaduron a'r cyfrwng hylifol. Mewn mesurydd llif ultrasonic un llwybr, mae'r llinell donfedd rhwng y ddau drawsddygiadur ultrasonic yn croestorri echelin yr offeryn.
Ffig. 2.1 Diagram sgematig o'r egwyddor o fesur llif uwchsonig amser tramwy
Fel y dangosir yn Ffig{0}}, diamedr y bibell yw D. Y pellter llinell syth rhwng wynebau diwedd y trawsddygiaduron A a B sydd wedi'u mewnosod ar ddwy ochr y biblinell yw'r acwstig -hyd llwybr L (a elwir hefyd yn bellter acwstig L), a'i berthynas â'r diamedr D yw
Ffig. 2.1 Perthynas geometrig rhwng acwstig-hyd llwybr a diamedr pibell-mesurydd llif uwchsonig amser cludo
lle φ yw ongl gogwydd y llwybr acwstig, hy yr ongl rhwng y llwybr acwstig a'r echelin bibell. Mae ongl gogwydd y llwybr acwstig hefyd yn ongl digwyddiad y don ultrasonic. Mae'r ongl digwyddiad φ yn cael ei effeithio gan y cyflymder sain yn yr hylif, yn ogystal â'r cyflymder sain yn y lletem ac yn y bibell-deunydd wal.
Yn gyffredinol, mae amrywiad cyflymder sain gyda thymheredd mewn deunyddiau solet yn llai na'r hyn mewn deunyddiau nwyol. Pan nad yw'r amrywiad tymheredd yn fawr, gellir esgeuluso dylanwad deunyddiau wal y lletem a'r bibell ar gywirdeb mesur; fodd bynnag, pan fo'r ystod amrywiad tymheredd yn fawr, rhaid cywiro'r newid mawr mewn cyflymder sain yn y lletem a'r bibell-deunyddiau wal.
Ar gyfer trawsddygiadur ag ongl ddigwyddiad o 30 gradd, mae'r cyfernod trosglwyddo yn gymharol uchel, mae'r golled ynni yn fach, ac mae'r foltedd cyffroi gofynnol yn isel. Mae trawsddygiadur o'r fath yn addas ar gyfer mesuryddion llif ultrasonic llaw nad ydynt yn gyfleus ar gyfer defnyddio cyflenwad pŵer AC. Mae gan drawsddygiadur ag ongl ddigwyddiad o 45 gradd gyfernod trosglwyddo cymharol isel ond gall fabwysiadu sglodion trawsddygiadur mwy a foltedd excitation uwch, ac felly mae'n addas ar gyfer mesuryddion llif ultrasonic sefydlog neu'r rhai sy'n gallu defnyddio cyflenwad pŵer AC.
Egwyddor Weithredol o Drafnidiaeth-Mesur Llif Nwy Ultrasonig Amser
Mae technoleg mesur llif nwy ultrasonic amser cludo yn pennu cyflymder llif cyfartalog echelinol Vz ar yr awyren a ffurfiwyd gan y llwybr acwstig a'r echelin, trwy fesur y gwahaniaeth amser rhwng tonnau ultrasonic sy'n ymledu i lawr yr afon ac i fyny'r afon yn y cyfrwng nwyol. Mae amseroedd cludo tonnau ultrasonic yn wahanol yn y cyfarwyddiadau i lawr yr afon ac i fyny'r afon. Yr amser cludo i lawr yr afon yw:
Ffig. 2.2 hafaliad amser tramwy ultrasonic i lawr yr afon-
a'r amser tramwy i fyny'r afon yw
Ffig. 2.3 hafaliad amser tramwy ultrasonic i fyny'r afon-
lle C yw cyflymder sain tonnau ultrasonic yn yr hylif mesuredig llonydd, hy cyflymder sain; Vz yw cyflymder llif cyfartalog yr hylif i'r cyfeiriad echelinol ar yr awyren a ffurfiwyd gan y llwybr ultrasonic a'r echelin bibell, a elwir hefyd yn y llwybr -cyflymder cyfartalog.
Pan nad yw dylanwad sain-amrywiad cyflymder oherwydd yr amgylchedd pibellau mewnol yn cael ei ystyried, y mynegiant ar gyfer y llwybr-cyflymder cyfartalog yw
Ffig{0}} Mynegiad ar gyfer llwybr -cyflymder echelinol cyfartalog
Trwy fesur yr amser cludo i lawr yr afon tD a'r amser cludo i fyny'r afon tU o'r don ultrasonic, ceir y gwahaniaeth amser rhwng lluosogi i fyny'r afon ac i lawr yr afon fel
Ffig. 2.5 Diffiniad o wahaniaeth amser cludo i fyny'r afon i lawr yr afon-
Gan ddefnyddio'r dull cludo-amser, gellir cael y llwybr-cyflymder cyfartalog un llwybr acwstig. Yn seiliedig ar gyflymder cyfartalog gwahanol lwybrau acwstig, a chan ddefnyddio algorithmau addas, gellir cyfrifo'r cyflymder cyfartalog sy'n berpendicwlar i'r trawstoriad cyfan, sef y cyfaint-cyflymder cyfartalog V.
Gelwir y dull o fesur cyflymder cyfartalog hylif y biblinell (cyfaint) V trwy fesur y gwahaniaeth amser cludo rhwng lluosogiad uwchsonig i fyny'r afon ac i lawr yr afon yn ddull mesur transit-llif ultrasonic amser-. Cyfeirir at fesurydd llif sy'n mesur llif hylif y biblinell gan ddefnyddio'r dull ultrasonic trosiannol fel mesurydd llif uwchsonig amser tramwy.
Mae'r berthynas rhwng y llwybr-cyflymder cyfartalog ar lwybr acwstig-mesurydd llif uwchsonig amser tramwy a chyflymder-cyflymder cyfartalog ar y gweill yw
Ffig. 2.6 Diffiniad o ffactor cywiro llif-cyflymder
lle gelwir K yn ffactor cywiro llif-cyflymder. Mae'r ffactor cywiro llif-cyflymder yn deillio o fodel mathemategol y proffil dosbarthiad cyflymder yn adran fesur y llifmedr. Yn ôl y drefn llif nwy sydd ar y gweill, gellir cael y ffactor cywiro cyflymder llif. Felly, o hafaliadau (2.4) a (2.6), y cyflymder nwy cyfartalog yn y biblinell yw
Ffig. 2.7 Perthynas rhwng -cyflymder cyfartalog y bibell a'r llwybr-cyflymder cyfartalog
Gellir cael y gyfradd llif cyfeintiol o hafaliad (2.7) fel
Ffig. 2.8 Hafaliad cyfradd llif cyfeintiol -
lle A yw arwynebedd traws-adrannol y bibell.
Ar ôl iawndal pwysau a thymheredd y gyfradd llif cyfeintiol, gellir cael y gyfradd llif màs fel
Ffig{0}} Hafaliad cyfradd llif màs-gyda chywiriad pwysedd-tymheredd-cywasgedd
lle Z yw'r ffactor cywasgu nwy; P0 a P yw'r paramedrau pwysau ar amodau safonol ac amodau gwirioneddol, yn y drefn honno; T0 a T yw'r gwerthoedd tymheredd ar amodau safonol ac amodau gwirioneddol, yn y drefn honno; a ρ0 yw dwysedd y cyfrwng nwyol o dan amodau safonol.
Unwaith y ceir y cyflymder llif, gellir cyfrifo cyfaint yr hylif sy'n pasio trwy bibell â diamedr penodol dros gyfnod penodol. Cyfaint llif F sy'n mynd trwy'r bibell mewn 1 h yw 79:
Ffig. 2.10 Cyfaint yr awr o hylif drwy'r bibell yn seiliedig ar -fesur amser cludo -egwyddor gweithio mesurydd llif uwchsonig amser cludo
Egwyddor Weithredol Sylfaenol Mesur Llif Nwy Llwybr Aml-Ultrasonig
Gellir rhannu mesuryddion llif uwchsonig yn fathau o lwybr sengl ac aml-lwybr, ac mae'r ddau yn seiliedig ar yr egwyddor amser cludo ar gyfer mesur llif ultrasonic. Ar hyn o bryd, ymhlith cynhyrchion tebyg dramor, gall nifer y llwybrau acwstig fod cymaint â chwech. Mewn mesurydd llif ultrasonic aml-lwybr, mae ViV_iVi yn cynrychioli'r llwybr -cyflymder cyfartalog ar y iii-fed llwybr acwstig. Fe'i ceir trwy fesur yr amseroedd cludo ultrasonic i lawr yr afon ac i fyny'r afon, gan gyfrifo'r gwahaniaeth amser rhyngddynt, ac yna cyfrifo'r cyflymder cyfartalog llwybr.
Yn ôl y berthynas rhwng y llwybr-cyflymder cyfartalog pob llwybr acwstig a'r ffactorau cywiro cyflymder llif, gellir amcangyfrif cyfaint-cyflymder cyfartalog nwy yn y biblinell fel
Ffig. 2.11 hafaliad cyflymder cyfartalog pwysol aml-lwybr-sut mae mesurydd llif ultrasonic yn gweithio
lle WiW_iWi yw cyfernod pwysoli pob llwybr acwstig, ac mae ei werth yn dibynnu ar yr algorithm integreiddio a fabwysiadwyd.
Ffig. 2.12 hafaliad cyfradd llif cyfeintiol aml-llwybr--mesurydd llif ultrasonic sut mae'n gweithio
Mewn theori, po fwyaf o lwybrau acwstig sydd, yr uchaf yw'r cywirdeb mesur. Fodd bynnag, mae profiad ymarferol wedi dangos, pan fydd nifer y llwybrau acwstig ar draws yr adran groes yn cyrraedd pedwar, mai ychydig iawn y mae cynyddu nifer y llwybrau ymhellach yn cyfrannu at wella cywirdeb, tra'n cynyddu cost gweithgynhyrchu yn sylweddol.
Dadansoddiad o Ffactorau Sy'n Effeithio ar Fesur Llif Nwy Ultrasonig
Yn ôl fformiwlâu cyfrifo cyfradd llif a chyfradd llif ar gyfer mesuryddion llif uwchsonig nwy, mae'r cyflymder llif neu'r gyfradd llif yn gysylltiedig â sawl agwedd, megis paramedrau geometrig y bibell fesur, y ffactor cywiro cyflymder llif (neu'r cyfernod pwysoli), a gwerthoedd mesuredig amser lluosogi ultrasonic. Gwneir y dadansoddiad canlynol o'r agweddau hyn.
Cywiro'r Ffactor Llif-Ffactor Cyflymder a Gwella Cywirdeb Mesur
Yn y mesurydd llif uwchsonig nwy amser cludo a grybwyllwyd uchod, mae'r astudiaeth yn seiliedig ar y cyflwr delfrydol y mae'r cyflymder cyfartalog llwybr wedi'i ddosbarthu'n unffurf dros drawsdoriad y bibell. Mewn sefyllfaoedd ymarferol, oherwydd dosbarthiad cyflymder anunffurf yr hylif ar draws y trawstoriad pibell, y cyflymder a geir trwy gyfrifo mewn gwirionedd yw'r llwybr -cyflymder cyfartalog ar hyd cyfeiriad lluosogiad ultrasonic a'r cyfeiriad echelinol, a geir o'r gwahaniaeth amser cludo ultrasonic mesuredig-. Mae'n anochel y bydd y gyfradd llif cyfeintiol derfynol wedi'i chyfrifo yn cynhyrchu gwallau. Er mwyn sicrhau cywirdeb mesur, mae angen pennu'r berthynas rhwng y ddau a chywiro'r cyflymder mesuredig gwirioneddol gan ddefnyddio egwyddorion mecaneg hylif; hynny yw, mae ffactor cywiro cyfradd llif K yn cael ei gyflwyno wrth fesur â llifmedr cyfeintiol.
Oherwydd cymhlethdod cyflyrau llif hylif mewn piblinellau, mae'r dosraniadau cyflymder canlyniadol hefyd yn gymhleth . Mae ymchwil gyfredol wedi'i gyfyngu'n bennaf i'r dosbarthiad cyflymder mewn amodau delfrydol, hynny yw, y dosbarthiad cyflymder o dan lif laminaidd a llif cythryblus datblygedig llawn mewn pibellau llyfn. Mae llif laminaidd a llif cythryblus yn ddau gyflwr llif sylfaenol o hylifau mewn pibellau. Mae llif laminaidd yn cyfeirio at y cyflwr lle nad oes gan ronynnau hylif unrhyw fudiant traws a dim ond mudiant echelinol sy'n cael ei ystyried; mae llif cythryblus yn cyfeirio at y cyflwr y mae gan ronynnau hylif fudiant echelinol a thraws. Oherwydd bod y nodweddion llif yn wahanol o dan wahanol gyflyrau llif piblinell, ceir gwahanol ddosbarthiadau cyflymder.
Mae nodweddion llif hylif yn cael eu dylanwadu ar y cyd gan y cyflymder cyfartalog yn y bibell, y gludedd cinematig, a diamedr y bibell, tra bod y rhif Reynolds ReReRe yn fynegai pwysig ar gyfer gwerthuso'r cyflwr llif. Pan fydd Re<2300Re < 2300Re<2300, the flow is laminar; when Re>4000Re > 4000Re>4000, the flow is turbulent. Re=2300Re = 2300Re=2300 is usually taken as the critical value for the transition from laminar to turbulent flow. When Re>2300Re > 2300Re>2300, mae'r hylif yn dechrau trosglwyddo i gyflwr cythryblus, ac mae'r rhanbarth trawsnewid hwn yn gyffredinol hefyd yn cael ei drin fel llif cythryblus.
FAQ
Beth yw-mesurydd llif nwy ultrasonic amser tramwy?
Mae mesurydd llif nwy uwchsonig amser tramwy yn mesur llif nwy trwy anfon curiadau ultrasonic i lawr yr afon ac i fyny'r afon a chyfrifo cyflymder llif o'r gwahaniaeth yn eu hamseroedd cludo.
Beth yw'r gwahaniaeth rhwng mesurydd llif ultrasonic llwybr sengl ac aml-lwybr?
Mae mesurydd llif llwybr sengl yn defnyddio un pâr o drawsddygiaduron ac un llwybr acwstig, tra bod mesurydd llif aml-lwybr yn defnyddio sawl llwybr acwstig ar uchderau neu onglau gwahanol i ddal y proffil cyflymder yn well a gwella cywirdeb.
Pam fod angen ffactor cywiro cyflymder llif?
Gan nad yw'r dosbarthiad cyflymder mewn pibell yn berffaith unffurf, nid yw'r cyflymder a fesurir ar hyd un llwybr acwstig yn hafal i'r cyflymder trawsdoriadol cyfartalog. Mae ffactor cywiro yn cysylltu'r ddau.
Pa ffactorau sy'n effeithio ar gywirdeb mesur llif nwy ultrasonic?
Mae ffactorau allweddol yn cynnwys ystumiad proffil cyflymder, amodau gosod, rhif Reynolds, cyfansoddiad nwy a chyflymder sain, newidiadau tymheredd a phwysau, a gwallau prosesu signal.
