Fel arloeswyr yn ymesurydd llif ultrasonic ar gyfer nwy naturioldiwydiant mesur, dros y 5 mlynedd diwethaf rydym wedi darganfod, gydag ehangu parhaus rhwydweithiau piblinellau nwy trefol a gwelliant parhaus gofynion cywirdeb mesuryddion nwy, bod mesuryddion nwy mecanyddol traddodiadol wedi amlygu'n raddol broblemau megis traul difrifol, cymhareb troi i lawr yn gyfyngedig, a gallu i addasu'n wael i amodau gweithredu nwy yn ystod gweithrediad tymor hir. Mae'r materion hyn yn ei gwneud hi'n anodd bodloni'r gofynion mesuryddion nwy modern ar gyfer cywirdeb uchel, cudd-wybodaeth a bywyd gwasanaeth hir. Mae mesuryddion llif nwy naturiol ultrasonic, oherwydd eu manteision o fod heb unrhyw rannau symudol mecanyddol, cymhareb troi i lawr mawr, colli pwysau isel, a rhwyddineb digideiddio a chyfathrebu o bell, wedi dod yn ddewis pwysig yn raddol ym maes mesuryddion llif nwy. Mae'n hanfodol i bersonél caffael ddeall y cynnwys canlynol cyn gwneud penderfyniadau.
Ymchwil Dosbarthu Cyflymder Llif
Gan fod dosbarthiad cyflymder llif hylif y tu mewn i'r biblinell yn effeithio'n uniongyrchol ar lwybr lluosogi signalau ultrasonic, bydd dosbarthiad cyflymder llif nad yw'n unffurf yn achosi i signalau ultrasonic gael eu gwasgaru a'u gwanhau i raddau amrywiol yn ystod lledaeniad sydd ar y gweill, gan arwain at ffenomenau megis signal isel i -gymhareb sŵn adlais difrifol a signalau amtud. Felly, mae sicrhau dosbarthiad cyflymder llif nwy unffurf y tu mewn i'r biblinell yn rhagofyniad ar gyfer cyflawni gofynion cywirdeb mesurmesuryddion llif nwy ultrasonic.
O dan amgylchiadau arferol, gall llif hylif yr effeithir arno gan rymoedd gludiog gynhyrchu dwy gyfundrefn llif sylfaenol (llif laminaidd a llif cythryblus), sydd hefyd yn gysylltiedig â ffactorau megis trefn llif a gludedd cinematig hylif, nodweddion hylif, a pharamedrau piblinellau. Mae'r ddwy gyfundrefn lif hyn yn cael eu gwahaniaethu'n gyffredin gan y rhif Reynolds (Re).
Pan fydd Re Llai na neu'n hafal i 2300, mae'r hylif mewn cyflwr llif laminaidd. Ar yr adeg hon, mae dylanwad grym gludiog ar ronynnau hylif yn fwy na grym anadweithiol, mae'r drefn llif yn gymharol sefydlog heb unrhyw ffenomenau cythryblus, ond dim ond cydrannau cyflymder echelinol sy'n bodoli. Mae'r dosbarthiad cyflymder yn unffurf, gan gyflwyno siâp parabolig. Mae'r cyflymder llif yn llai ger wal y bibell gylchol ac yn cynyddu'n raddol tuag at ganol y biblinell, a dangosir y proffil cyflymder yn Ffigur 3.29.
Mae'r cyflymder llif ym mhob pwynt yn y bibell gylchol yn gysylltiedig â'r pellter r o'r pwynt hwnnw i echel y biblinell yn unig, a gellir mynegi ei gyfraith dosbarthu cyflymder fel:
Ble: vr yw'r cyflymder llif ar bellter r o echel y biblinell; v_m yw'r cyflymder llif ar echelin y biblinell, sef y cyflymder llif uchaf ar draws yr adran draws- gyfan; R yw radiws y biblinell.
Gellir mynegi'r berthynas rhwng cyflymder cyfartalog llinell a chyflymder cyfartalog arwynebedd-yn y drefn honno gan ddefnyddio vm fel:
Trwy ddatrys hafaliadau (3.16) a (3.17) ar yr un pryd, gellir cael cyfernod cywiro Reynolds a'i fynegi fel:
Pan fydd Re Yn fwy na neu'n hafal i 4000, mae'r hylif mewn cyflwr cythryblus. Ar yr adeg hon, mae dylanwad grym anadweithiol ar ronynnau hylif yn fwy arwyddocaol, mae'r drefn llif yn gymharol anhrefnus, mae cydrannau cyflymder echelinol a hydredol yn bodoli ar yr un pryd, nid yw'r dosbarthiad cyflymder yn unffurf, mae ymwrthedd cynhyrfus yn cynyddu, a dangosir y proffil cyflymder yn Ffigur 3.30.
Oherwydd bod diffyg theori berthnasol a dulliau dadansoddol penodol yn y broses ymledu llif cythryblus, i hyrwyddo ymchwil ymhellach, mae peirianwyr yn aml yn defnyddio cyfresi pŵer i gyfrifo'n fras y dosbarthiad cyflymder mewn pibellau crwn o dan amodau cythryblus, y gellir eu mynegi fel:
Ble: mae gwerth n yn gysylltiedig â garwedd wyneb y biblinell a rhif Reynolds. O dan amodau delfrydol lle mae wal fewnol y biblinell yn llyfn, gellir mynegi'r berthynas rhwng n ac Re gan fformiwla Prandtl fel:
Hynny yw, pan fydd rhif Reynolds yn hysbys, gellir cyfrifo gwerth n, a thrwy hynny bennu'r gromlin dosraniad cyflymder cythryblus a ddangosir yn Ffigur 3.30. Gellir mynegi'r berthynas rhwng cyflymder cyfartalog llinell a chyflymder cyfartalog arwynebedd-yn y drefn honno gan ddefnyddio v_m fel:
Trwy ddatrys hafaliadau (3.21) a (3.22) ar yr un pryd, gellir cael y berthynas rhwng cyfernod cywiro Reynolds ac n fel:
Mewn piblinell gythryblus sydd wedi'i datblygu'n llawn, gellir mynegi'r berthynas rhwng cyfernod cywiro Reynolds a Re fel:
Ystyriaethau Peirianneg Ymarferol
Mae'r fformiwlâu uchod i gyd yn seiliedig ar drafodaethau a gynhaliwyd o dan amodau heb unrhyw ffactorau ymyrryd eraill a hyd pibell syth digonol cyn ac ar ôl y biblinell fesur. Fodd bynnag, mewn cymwysiadau peirianneg gwirioneddol, bydd ffactorau megis dull gosod transducer, falfiau i fyny'r afon, a throadau cyn ac ar ôl y biblinell fesur i gyd yn achosi gwyriadau yn y dosbarthiad cyflymder llif mewnol, gan ei gwneud hi'n anodd ei gymhwyso mewn prosesau mesur gwirioneddol. Felly, mae ymchwil ar ddosbarthiad cyflymder llif unffurf y tu mewn i'r sianel llif yn hynod bwysig.
Dyluniad Strwythurol Mesurydd Llif Nwy Naturiol Ultrasonic
Mae mesurydd llif nwy naturiol ultrasonic yn ddyfais sy'n defnyddio technoleg ultrasonic i fesur llif nwy. Mae ei ddyluniad strwythurol a'i ymchwil efelychu yn cynnwys sawl agwedd, megis dylunio synhwyrydd, dynameg hylif, a lluosogi acwstig. Mae cyflawnmesurydd llif uwchsonig nwyyn cynnwys sianeli llif, trawsddygiaduron, a chylchedau mesur. Mae'r system hon yn perfformio dyluniad cylched mesur a rhaglen yn seiliedig ar sianeli llif a thrawsddygiaduron presennol.
Dylunio a Gosod Transducer
Fel arfer mae gan fesuryddion llif nwy naturiol uwchsonig ddau drawsddygiadur: trosglwyddydd a derbynnydd. Mae ystyriaethau dylunio yn cynnwys amlder, pŵer ac ystod tymheredd gweithredu'r transducer i addasu i wahanol nodweddion nwy. Mae lleoliad gosod transducers yn cael effaith bwysig ar ganlyniadau mesur. Yn nodweddiadol, dylid trefnu trosglwyddyddion a derbynyddion yn gymesur mewn gwahanol safleoedd ar y gweill i sicrhau bod llwybr lluosogi signalau ultrasonic yn parhau i fod mor unffurf â phosibl.
Dyluniad Sianel Hylif
Wrth ddylunio sianel hylif y mesurydd nwy, mae angen gwybod diamedr mewnol y biblinell i gyd-fynd â'r ystod llif nwy. Dylai arwyneb mewnol y biblinell fod yn llyfn i leihau ymyrraeth â llif hylif. Mae hefyd angen dylunio dyfeisiau rheoleiddio llif i sicrhau bod cyflymder hylif o fewn yr ystod fesuradwy, gan osgoi effaith cyflymder llif rhy gyflym neu araf wrth fesur.
Casin allanol a Gosodiad
O ystyried cymhlethdod yr amgylchedd gwaith, mae'r dewis o ddeunyddiau casio allanol yn canolbwyntio ar ddewis deunyddiau sy'n gallu gwrthsefyll cyrydiad a thymheredd uchel, fel dur di-staen neu blastig peirianneg, a all amddiffyn cydrannau electronig mewnol a thrawsddygiaduron yn effeithiol. Ar yr un pryd, dylid dylunio mecanwaith gosod dibynadwy i sicrhau sefydlogrwydd y mesurydd nwy o dan amodau gwaith pwysedd uchel. Dylai'r ddyfais gosod ystyried y gofod gosod ac amodau amgylcheddol y biblinell.
Prosesu Trydanol a Signalau
O ran prosesu signalau a thrydanol, mae dylunio system cysylltiad trydanol effeithlon yr un mor hanfodol i sicrhau trosglwyddiad a phrosesu signal sefydlog, gan gynnwys derbyn, prosesu a chyfrifo signalau ultrasonic. Er mwyn trosi'r gwahaniaeth amser lluosogi ultrasonic yn ddata llif, rhaid dylunio algorithmau cyfatebol ar wahân.
Ffactorau Cywirdeb Mesur
Mae cywirdeb mesur mesuryddion llif nwy naturiol ultrasonic hefyd yn gysylltiedig â ffactorau lluosog, megis ansawdd synhwyrydd, tymheredd amgylchynol, cyflymder llif nwy, cyfansoddiad nwy, a phwysau. Ymhlith y rhain, mae gan gywirdeb mesur mesuryddion llif nwy naturiol ultrasonic gydberthynas gref â dosbarthiad cyflymder llif, sy'n ei gwneud yn ofynnol i'r dosbarthiad hylif yn y biblinell fesur adlewyrchu'n ddigonol y cyflymder llif ar draws trawstoriad y sianel llif.
Ystyriaethau Dylunio Allweddol
Yn ogystal, dylid ystyried y ffactorau canlynol yn nyluniad strwythurol sianeli llif mesurydd llif nwy naturiol ultrasonic:
(1) Gwanhau osgled signal ultrasonic yn y sianel llif yn ystod newidiadau cyflymder llif; (2) Dylai signalau uwchsonig gael eu heffeithio mor sylweddol â phosibl gan newidiadau cyflymder llif hylif i wella datrysiad mesur system; (3) Rhaid i gyflymder llif syth yr hylif sy'n mynd drwy'r biblinell fesur fodloni gofynion mesur ystod lawn y system.
Gan gyfuno'r ffactorau uchod, dyluniwyd a modelwyd y model sianel llif mesurydd llif nwy naturiol ultrasonic a ddyluniwyd gan ddefnyddio meddalwedd SpaceClaim, gyda'r model a ddangosir yn Ffigur 3.31.
Ffigur 3.31
Mae dyluniad sianel llif mesurydd nwy yn cynnwys dwy ran: mae'r rhan sy'n cysylltu â'r bibell nwy yn mabwysiadu pibell gylchol, gyda dimensiynau yn union yr un fath â rhai mesuryddion nwy diaffram. O ystyried effaith adlewyrchiad signalau ultrasonic a gweithredu cywiro dosbarthiad cyflymder llif, mae'r rhan mesur cyflymder llif yn mabwysiadu strwythur sianel llif hirsgwar, gyda thair vanes sythu llif wedi'u gosod y tu mewn. Mae'r vanes sythu yn fuddiol ar gyfer dosbarthiad unffurf o gyflymder llif hylif. Ar yr un pryd, mae'r gostyngiad yn diamedr mewnol y sianel llif hirsgwar yn golygu, o dan yr un amodau cyflymder llif mewnfa, bod y cyflymder llif ar unwaith yn y sianel llif hirsgwar yn dod yn gyflymach, mae'r gwahaniaeth amser cludo yn cynyddu, a all wella datrysiad mesur llif y mesurydd llif nwy naturiol ultrasonic. O ran y dull gosod o drawsddygwyr piezoelectrig, er mwyn sicrhau cywirdeb mesur ar bwyntiau llif bach y mesurydd llif nwy naturiol ultrasonic, mae angen ymestyn hyd y llwybr lluosogi. Fodd bynnag, bydd y cynnydd yn hyd y llwybr yn achosi colled ynni yn ystod lluosogi signal, gan ofyn am gydbwysedd rhwng cywirdeb mesur system a gradd gwanhau signal o ddwy agwedd. Mae strwythur gosod siâp AV-yn cael ei fabwysiadu, gyda'r ddau drawsddygiadur yn gymesur â llinell ganol hydredol y vanes sythu.
Cynhyrchu rhwyll ac Ansawdd
Cyn cynnal efelychiad dynameg hylif, perfformir gweithrediadau preprocessing ar y model sianel llif mesurydd llif nwy naturiol ultrasonic. Ar ôl cwblhau atgyweirio a symleiddio model i gael solid, mae rhanbarth hylif mewnol y model yn cael ei dynnu a rhennir y rhwyll. Mae ansawdd rhaniad rhwyll yn pennu dibynadwyedd a sefydlogrwydd canlyniadau efelychu dilynol yn uniongyrchol. Gellir defnyddio'r llif gwaith dal dŵr rhugl i gyflawni'r broses uchod, gan osod yr ystod maint cynhyrchu rhwyll arwyneb i 0.1- 4 mm, gan ddefnyddio 2 haen llenwi bylchau, gan gymhwyso canfod agosrwydd at ffiniau solet. Sgiwsrwydd uchaf y rhwyll arwyneb rhanedig yw 0.69, sy'n nodi ansawdd rhwyll da. Ar y sail hon, defnyddir rhwyll cyfaint llenwi hexahedral-polyhedrol, mae haenau terfyn yn cael eu hychwanegu at y rhanbarth hylif, ac mae ansawdd orthogonal terfynol y rhwyll gyfaint yn cyrraedd 0.15. Wedi'i gyfuno ag arbrofion annibyniaeth rhwyll, mae cyfrif rhwyll y model yn benderfynol o fod tua 1.2 miliwn. Dangosir dosbarthiad y rhwyll gyfaint yn Ffigur 3.32.
Ffigur 3.32
