- LiuXing tomonidan, ultratovushli oqim oʻlchagich ilmiy-tadqiqot ishlarida 15+ yillik tajribaga ega, oqim oʻlchash boʻyicha katta muhandis,

CFD tahlilida sertifikatlangan (ANSYS Fluent Professional)

Qo'shishning muhandislik qiymati ultratovushli oqim o'lchagich quvur liniyasi strukturasini simulyatsiya qilish

Simulyatsiya texnologiyasi nima uchun kerak?

Amaliy muhandislikda, kiritishning ishlashiultratovushli oqim o'lchagichlarquvur liniyasi sharoitlari sezilarli darajada ta'sir qiladi. An'anaviy usullar saytdagi{1}}takroriy nosozliklarni tuzatishga tayanadi, bu nafaqat qimmatga tushadi, balki dizayndagi nuqsonlarni ham ishga tushirilgandan keyingina aniqlashi mumkin. Simulyatsiya texnologiyasining joriy etilishi bu vaziyatni o'zgartirib, muhandislarga dizayn bosqichida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan muammolarni aniqlash va hal qilish imkonini berdi.

Uning asosiy qiymati quyidagilardan iborat: "sinov{0}}va{1}}xato xarajatlarini" daladan kompyuterlarga o'tkazish, qimmat jismoniy tajribalarni raqamli hisoblar bilan almashtirish.

Simulyatsiya orqali hal qilingan oltita asosiy muhandislik muammosi

Prob o'rnini qanday aniqlash mumkin

Quvurlardagi oqim tezligi bir xil taqsimlanmagan. Tirsaklar va klapanlar mahalliy vortekslarni hosil qiladi va bu joylarda problarni o'rnatish buzilgan o'qishlarga olib keladi. Muhandislar quvur liniyasining har bir nuqtasida tezlik vektorlarini tasavvur qilish uchun suyuqlik mexanikasi hisob-kitoblaridan foydalanadilar va shu bilan datchikni oʻrnatish uchun nisbatan barqaror oqim maydoni kesmalarini tanlaydilar, bu oqim profilini toʻgʻrilash faktorini (FPCF) aniq aniqlash uchun zarurdir.

Amaliyot shuni ko'rsatadiki: probning moyillik burchagidagi kichik farqlar (5 graduslik darajada) o'lchov sohasidagi oqim holatini o'zgartiradi. Yechimni minimal xato bilan topish uchun bir nechta burchak konfiguratsiyasini tizimli ravishda sinab ko'rish fizik tajribalarda deyarli amaliy emas, lekin hisoblash tahlili transduserning chiqishi va chuqurchaga ta'sirini hisobga olgan holda bir necha kun ichida yakunlanishi mumkin.

Aniqlik muammosi qayerda

Ultrasonik o'lchov "vaqt farqi" tamoyiliga tayanadi va suyuqlik parametrlaridagi o'zgarishlar (harorat, bosim, tarkib) hammasi tovush tezligiga ta'sir qiladi. Oddiy empirik formulalar barcha ish sharoitlarini qoplash qiyin, ayniqsa saqlashni o'tkazish aniqligi talablariga javob berganda.

Simulyatsiya Reynolds soniga bog'liqlik tahlili orqali kirish parametrlari va o'lchov og'ishi o'rtasidagi xaritalash aloqasini o'rnatadi. Masalan, suyuqlik harorati ±10 daraja o'zgarganda, tovush tezligi qancha o'zgaradi? Qanday qilib bu o'zgarish oqim xatosiga aylanadi? Ushbu miqdoriy ma'lumotlar bilan samarali haroratni qoplash algoritmlarini ishlab chiqish mumkin.

Murakkab oqim holatlarini qanday boshqarish kerak

Darsliklardagi laminar oqim modeli kamdan-kam hollarda haqiqiy quvurlarda paydo bo'ladi. Turbulentlik, ikkilamchi oqim va hatto gaz-suyuqlik ikki fazali{2}} oqimi tezlik profillarining ideal holatdan keskin chetlanishiga olib keladi. Hisoblash suyuqliklari dinamikasi (CFD) bu murakkab hodisalarni takrorlashi mumkin. Muhandislik holatlari shuni ko'rsatadiki, ma'lum bir 90 graduslik egilishdan 15 trubkaning quyi oqimida sezilarli tezlik egriligi hali ham mavjud. Buni tushunmasdan, oqim maydonining standart taxminlariga ko'ra hisoblangan oqim bir necha foiz punktga og'ishi mumkin, ayniqsa ko'p yo'nalishli ultratovushga ta'sir qiladi.oqim o'lchagichintegratsiyaning aniqligi.

Akustik to'lqinlarning tarqalish yo'lini optimallashtirish

Ultrasonik to'lqinlar tarqalish vaqtida quvur devorining aksi, payvand chokining sochilishi va o'rtacha{0}}bir xil bo'lmaganlik kabi shovqinlarga duch keladi. Ushbu omillarning umumiy ta'siri signal kuchini zaiflashtirishi yoki shovqinni keltirib chiqarishi mumkin.

Akustik nurlarni kuzatish simulyatsiya usullaridan foydalangan holda akustik simulyatsiya quvurlar ichidagi nurlarning haqiqiy traektoriyasini ochib beradi. Ba'zi geometrik konfiguratsiyalar "akustik soya zonalarini" hosil qiladi, buning natijasida juda zaif qabul qilingan signallar; boshqa konfiguratsiyalar kuchli signallarga ega bo'lsa-da, to'lqin shaklining buzilishiga olib keladigan ko'p yo'nalishli effektlarga ega. Qiyosiy tahlil orqali muhandislar shovqinning optimal nisbati-to‘liq bo‘lgan tartibga solish sxemasini tanlashlari mumkin.

O'rnatish cheklovlari ostida ishlash kafolati

Standart spetsifikatsiyalar odatda yuqori oqimdagi tekis quvur qismining 20 diametrli quvur diametrini talab qiladi, ammo dala sharoitlari ko'pincha bu talabga javob bera olmaydi. Quvurni o'zgartirish xarajatlari yuz minglab dollarga yetishi mumkin.

Simulyatsiya "standart bo'lmagan o'rnatish" uchun texnik-iqtisodiy baholashni ta'minlaydi.- Ko'p yo'l konfiguratsiyasi kompensatsiyasi bilan birlashtirilgan turli to'g'ri quvur uchastkalari uzunliklarida oqim maydonining tiklanish darajasini hisoblash orqalitexnologiyaGauss{0}}Jacobi integratsiya usulidan foydalangan holda, atigi 6-8 diametrli quvurli bo'shliqlarda malakali aniqlikka erishish mumkin. Bu ISO 17089 muvofiqligini tekshirishni ta'minlash bilan birga, spetsifikatsiyalarni qo'llashdan ko'ra, muayyan loyihalar uchun moslashtirilgan tahlilni talab qiladi.

Maxsus ommaviy axborot vositalariga qo'llanilishi

Yuqori{0}}qovushqoqlikdagi suyuqliklar, qattiq zarrachalar bo'lgan shlamlar va yuqori-haroratli yuqori-bosimli gazlar kabi ish sharoitlari odatdagi suyuqliklardan sezilarli darajada farq qiladigan oqim xususiyatlariga ega. Rash o'rnatish uskunaning shikastlanishiga yoki o'lchov xatosiga olib kelishi mumkin.

Simulyatsiya virtual muhitda ekstremal sharoitlarni sinab ko'rish imkonini beradi. Masalan, yuqori{1}}tezlikdagi gaz oqimining zondga ta'sir kuchi girdob to'kilishi chastotasini bashorat qilish orqali tizimli rezonansga olib keladimi yoki yo'qligini hisoblash; yoki zarrachalarning zarba chastotasi sensorning aşınmasını tezlashtiradimi yoki yo'qligini tahlil qilish. Ushbu ma'lumot material tanlash va strukturani mustahkamlashni loyihalashda yordam beradi.

Texnik qo'llash chegaralari

Simulyatsiya hamma narsaga qodir emas. Uning aniqligi quyidagilarga bog'liq:

• Matematik model real fizik jarayonlarni qamrab oladimi
• Chegara holati sozlamalari haqiqiy vaziyatlarga mos keladimi
• Tozalangan yechim uchun hisoblash resurslari yetarlimi

To'liq yangi oqim hodisalari yoki ekstremal ish sharoitlari uchun simulyatsiya natijalari eksperimental ma'lumotlarni tekshirishni talab qiladi. Shunga qaramay, simulyatsiya eksperimental doirani sezilarli darajada qisqartirishi, asosiy parametrlarga e'tibor qaratishi va tadqiqot va ishlanmalar samaradorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.

3.1-rasm: O'rnatish-turi ultratovushli oqim o'lchagich

3.1-rasmda tez-tez ishlatiladigan kiritish{1}}tipdagi ultratovushli oqim o'lchagich ko'rsatilgan. Uning ishlash printsipi quvur liniyasining har ikki tomoniga bir juft ultratovush sensori o'rnatish va quyi oqim va yuqori oqimdagi ultratovush impuls tezligi o'rtasidagi farqni aniqlash va hisoblash orqali oqimni aniq o'lchashga erishishdir. O'lchov jarayonida sensorlar navbatma-navbat ultratovush signallarini qarama-qarshi yo'nalishda uzatadi va qabul qiladi. Ultrasonik signallar quyi oqimda yuqori oqimga qaraganda tezroq tarqaladi; suyuqlik harakatsiz bo'lsa, vaqt farqi nolga teng. Shuning uchun, quyi va yuqori oqimdagi ultratovush to'lqinlarining tarqalish vaqtini o'lchash orqali vaqt farqi t ni olish mumkin. t va oqim tezligi V o'rtasidagi bog'liqlikka ko'ra, suyuqlikning o'rtacha oqim tezligini bilvosita o'lchash mumkin va Q hajmli oqim tezligini quvur liniyasi kesma-ga asoslangan holda hisoblash mumkin.

Suyuqlik kanali dizayni suyuqlik oqimi tezligi va oqim oralig'ini hisobga olishi kerak, bu erda quvur liniyasi dizayni oqim o'lchovining aniqligini ta'minlash uchun suyuqlik oqimi tezligi diapazoniga ko'proq e'tibor qaratishi kerak. Haddan tashqari yuqori yoki past suyuqlik oqimi tezligi ultratovush signallarining tarqalish xususiyatlariga ta'sir qiladi.

Quvur o'lchamlari, ya'ni quvur liniyasining ichki diametri, suyuqlik oqimining buzilishini kamaytirish va shu bilan yakuniy o'lchov natijalariga ta'sir qilmaslik uchun o'lchangan quvur liniyasining ichki diametriga mos kelishi kerak. Quvurlar konstruktsiyasidagi tayanch strukturasi xizmat muddatini uzaytirish uchun-korroziyaga chidamli va eskirishga-bardoshli materiallarni tanlashi kerak; shu bilan birga, yuqori oqim tezligi yoki yuqori bosim ostida barqarorligini ta'minlash uchun oqilona dizayn kerak. Ultrasonik transduser dastur talablariga muvofiq tegishli ultratovush transduser turini (masalan, boshqariladigan to'lqin turi yoki aks ettirish turini) tanlashi kerak va keyin ultratovush signalining butun quvur liniyasidan samarali o'tishi uchun ultratovush transduserini o'rnatish uchun tegishli pozitsiyani tanlashi kerak.
Yuqoridagi omillarga qo'shimcha ravishda, Tang Xiaoyu[103] va Chjejiang universitetining boshqa olimlari tomonidan olib borilgan tadqiqotlar quyidagilarni o'z ichiga oladi: 90 daraja egilish va 180 daraja egilish sharoitida, ultratovushli oqim o'lchagichning har bir akustik yo'liga -ideal bo'lmagan oqim tezligi taqsimotining ta'siri, ayniqsa oqim tezligi va oqim tezligi o'lchoviga ta'siri. Chjan Zhijun va Zhu Yingsheng [102] va boshqa olimlar, avvalgi tadqiqotlarga asoslanib, ultratovushli transduserni o'rnatish burchaklari uchun 30 gradusdan 60 darajagacha bo'lgan 7 burchakda (5 graduslik intervalda) simulyatsiya tahlilini o'tkazish uchun CFD simulyatsiya texnologiyasidan foydalanganlar. Natijalar shuni ko'rsatadiki: turli xil o'rnatish burchaklari akustik yo'lning truba qismida oqim tezligining taqsimlanishiga ta'sir qiladi. Shu bilan birga, simulyatsiya qilingan oqim tezligi va ideal oqim tezligi o'rtasidagi nisbiy xato tahlil qilindi va ishlab chiqilgan DN80 diametrli gaz ultratovushli oqim o'lchagich uchun optimal transduserni o'rnatish burchagi 50 daraja ekanligi aniqlandi.

Insertion{0}}turi Ultrasonik oqim oʻlchash quvurlari simulyatsiyasi tadqiqoti

Simulyatsiya tadqiqoti uchta jihatni ko'rib chiqadi:

Suyuqlik dinamikasi simulyatsiyasi, ultratovushli tarqalish simulyatsiyasi va strukturaviy mexanika simulyatsiyasi. CFD (Hisoblash suyuqliklari dinamikasi) modellari yordamida quvur liniyasi ichidagi suyuqlik oqimi simulyatsiya qilinishi mumkin, so'ngra oqim tezligi taqsimoti va girdob oqimi kabi omillarning ultratovush signalining tarqalishiga ta'sirini tahlil qilish mumkin. Simulyatsiya jarayonida ultratovush o'lchoviga imkon qadar aralashmaslik uchun suyuqlikdagi mumkin bo'lgan vortekslar, pufakchalar va hokazolarni tekshirish kerak.
Misol tariqasida, oqim tezligi taqsimotiga turli xil o'zgartirgichlarni o'rnatish burchaklarining ta'sirini olish, agar quvur liniyasi debimetrining umumiy uzunligi L=230 mm va diametri D=80 mm bo'lsa. Transduserni o'rnatish burchagini 30 daraja ~ 60 darajaga o'rnating va 5 daraja oraliqda simulyatsiya modelini o'rnating. O'rnatishning turli burchaklari 3.2-rasmda ko'rsatilgan. ANSYS dasturi simulyatsiya qilganda kompyuter xotirasi sarfini va hisoblash yukini kamaytirish uchun gaz ultratovushli oqim o'lchagichning CFD modeli faqat oqim o'lchagich korpusining ichki diametrini va transduser modelini o'rnatishni hisobga olgan holda ma'lum darajada soddalashtirilishi mumkin, qolganlari vaqtincha e'tiborga olinmaydi.
Geometrik model uch qismga bo'linadi: oldingi quvur liniyasi, gaz ultratovushli oqim o'lchagich va orqa quvur liniyasi. Ularning orasida old va orqa quvur liniyalari tuzilgan to'rni, o'rta gazli ultratovushli oqim o'lchagichni tetraedral to'rni qabul qiladi va ulanish nuqtalarida interfeys yuzasi ulanishi, ulanish yuzalarida to'rni tozalash bilan ishlatiladi. Chiqish va kirish to'g'ri quvurlari olti burchakli to'r sifatida tuzilgan to'rni qabul qiladi, maksimal to'r o'lchami 2 ga o'rnatiladi, oraliq1 (birinchi chegara qatlami to'r oralig'i) 1,5, Nisbat1 (birinchi chegara qatlamining o'sish tezligi) 2, oraliq2 (ikkinchi chegara qatlami to'r oralig'i) va 15 ga teng. 2. Gaz ultratovushli oqim o'lchagich tanasi qismining maksimal mash hajmi 5; maksimal mash o'lchami 1,5 bo'lgan transduser tarmog'iga mahalliy tozalash qo'llaniladi; mahalliy tozalash interfeys mashiga qo'llaniladi, tarmoq hajmi 2 da saqlanadi.

Shakl 3.2 Turli xil o'rnatish burchaklaridagi o'tkazgichlarning sxematik diagrammasi

Transduser burchagini optimallashtirish natijalari jadvali

CFD simulyatsiya dasturini tanlash va sozlash

ANSYS Fluent va COMSOL:Ultrasonik oqim o'lchagichni simulyatsiya qilish uchun qaysi biri yaxshiroq?
Turbulentlik modelini taqqoslash:Reynolds soni 10⁴-10⁷ uchun k-e va k-ō SST va RSM
Mesh sifati mezonlari:y+ < 1, tomonlar nisbati < 100, egrilik < 0,85

3.3-rasm: Modellashtirish modeli

Devor yuzasi yaqinidagi katta tezlik gradienti tufayli chegara qatlami meshini tozalash eksponentsial o'sish qonunidan foydalangan holda qabul qilinadi, boshlang'ich balandligi (boshlang'ich balandligi) 0,1 ga, balandlik nisbati (har bir chegara qatlamining nisbati) 1,2 ga, qatlamlar soni (chegara qatlamlari soni) balandligi (3, umumiy balandligi 0, qatlam balandligi) ga o'rnatiladi. Yakuniy to'rning umumiy soni taxminan 1,5 millionni tashkil etadi. Misol tariqasida DN80 to'rtta yo'l transduserini o'rnatish burchagi 50 gradusni oladigan bo'lsak, to'r bo'linishi natijasi 3.3-rasmda ko'rsatilgan.

3.4-rasm: Kirish oqimidagi tezlik kontur xaritalari 10 m/s tezlik, 50 daraja va 30 daraja o'rnatish burchaklari

Quvur ichidagi suyuqlikning turli o'rnatish burchaklarida taqsimlanishini yaxshiroq tushunish uchun, 30 daraja va 50 daraja o'rnatish burchaklarining ikkita holatini misol sifatida olib, kirish oqimi tezligi 10 m / s bo'lganda, birinchi va uchinchi yo'llarning tezlik kontur xaritalari 3.4-rasmda ko'rsatilgan.

Quvur sharoitlari va o'lchov talablarini qo'shimcha texnik-iqtisodiy baholash uchun bugun muhandislik guruhimizga murojaat qiling.