Разработка метода неинвазивного измерения расхода жидкости и газа через стенку трубопровода
Автор: Кривоногов Алексей Александрович, Гонтарев Кирилл Артурович
Рубрика: Механика
Статья в выпуске: 4 т.15, 2023 года.
Бесплатный доступ
В связи с разработкой методов определения объемно-массовых параметров «жидкость-газ», выполняемой командой ученых Южно-Уральского государственного университета, в публикации представлен новый метод измерения расхода жидкости и газа, позволяющий измерять конвективную скорость турбулентного потока через твёрдую стенку трубопровода и объемный расход жидкости и газа соответственно. Дано краткое описание гипотезы «о замороженной турбулентности» Дж. Тейлора, на основе которой работает метод. Обозначены научные проблемы, связанные с ее доказательством применительно к задаче определения скорости конвекции турбулентности. Представлен математический метод обработки сигнала, основанный на двумерной частотно-волновой спектральной обработке и пространственно-временной фильтрации сигнала. Показана функциональная схема предлагаемого устройства с описанием алгоритма обработки входного сигнала. С целью определения оптимальной конфигурации экспериментальной установки выполнено математическое моделирование в пакете вычислительной гидрогазодинамики ANSYS CFD с применением гибридной вихреразрешающей модели турбулентности SBES. Дано краткое описание опытного образца накладного гидроакустического расходомера «К - Омега П1», созданного на основе представленного в публикации метода и результатов численного моделирования. Выполнены испытания на проливочном стенде «МЕТРАН - УПА - 2000», являющемся вторичным эталоном. Приведены результаты натурных испытаний на проливочном стенде для пяти скоростей потока. Сделаны выводы о результатах исследований к настоящему моменту и дальнейшие шаги по улучшению способа измерения с применением метода обработки k-omega beamforming.
Накладной гидроакустический расходомер, конвекция вихрей, частотно-волновой спектр, фазовая скорость, объемный расход
Короткий адрес: https://sciup.org/147241258
IDR: 147241258 | DOI: 10.14529/mmph230405
Список литературы Разработка метода неинвазивного измерения расхода жидкости и газа через стенку трубопровода
- Gysling, D.L. Sonar-based Flow Meter for Chemical and PetroChemical Applications / D.L. Gysling, D.H. Loose // ISA Process Control. - 2003. - Reference number: BI0039. - P. 1-8.
- Gysling, D.L. Clump-on, Sonar based Volumetric Flow Rate and Gas Volume Fraction Measurement for Industrial Application / D.L. Gysling, D.H. Loose, A.M. van der Spek // 13th international flow measurment conference FLOMEKO, Peebles. - 2005. - Reference number: BI0197. - P. 1-9.
- Пат. US8109127B2 Measurement of entrained and dissolved gases in process flow lines / D.L. Gysling D.H. Loose. - Заявл. 30.06.2009; Опубл. 07.02.2012.
- Голубев, А.Ю., Турбулентные пульсации давления в акустике и аэрогидродинамике / А.Ю. Голубев, Е.Б. Кудашев, Л.Р. Яблоник. - М.: Физматлит, 2019. - 421 c.
- Moin, P. Revisiting Taylor’s hypothesis / P. Moin // Journal of fluid mechanics. -2009. - Vol. 640. - P. 1-4.
- Taylor, G.I. Production and Dissipation of Vorticity in a Turbulent Flow / G.I. Taylor // Proc. of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and phisical scinces. - 1938. -Vol. 164, no. 916. - P. 15-23.
- Пат. RU2780566C1 Российская Федерация. Способ неинвазивного определения объемного расхода жидкости и газа в трубопроводе и устройство для его осуществления/ А.А. Кривоногов. - заявл. 18.04.2022; опубл. 27.09.2022.
- Krivonogov, A. Non-Invasive Flow Measurement Technology Based on Taylor's Frozen Turbulence Hypothesis / A. Krivonogov // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). - 2021. - P. 450-454.
- Frank, T. Validation of URANS SST and SBES in ANSYS CFD for the Turbulent Mixing of Two Parallel Planar Water Jets Impinging on a Stationary Pool / T. Frank // ASME 2017 Verification and Validation Symposium, Las Vegas, Nevada, USA, At: May 3-5, 2017. - 2017. - Paper No. VVS2017-4047.
