[發明專利]振動環境下的動態流量測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201911175068.2
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110823297B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 徐遠志;趙肖熙;吳夢瑤;焦宗夏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01F1/00
• 分類號: G01F1/00;G01F1/66
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 田恩濤;柯宏達

本公開提供了一種振動環境下的動態流量測量方法和裝置。該流量測量裝置包括加速度傳感器，用于測量管道的振動加速度；壓力傳感器，用于測量流體的壓強；以及流量解算控制器，基于流固耦合模型，根據振動加速度和壓強，求解得到流體的流量。該流量測量方法包括：測量管道的振動加速度；測量流體的壓強；以及基于流固耦合模型，根據振動加速度和壓強，求解得到流體的流量。

技術領域

本公開涉及一種流量測量裝置及方法，尤其涉及一種在振動環境中流體流量的非侵入式動態測量方法。

背景技術

流量測量的方法一般有：壓差式、渦輪式、渦階式、超聲波式、激光等，但這些方法均存在一定的缺陷。壓差式、渦輪式、渦階式等流量測量方法需要在管道中設置節流孔、渦輪或渦階發生器，會給管道中流動的流體帶來節流損失，對流體的流動形態帶來影響。同時，渦輪或渦階發生器方法測量流體流量的精度受到渦輪齒數的精度限制，無法對流體的動態流量進行精確測量。超聲波與激光等方法則對環境中的振動有著較大的要求，在環境存在振動的情況下將會引入較大的誤差。

發明內容

為了解決至少一個上述技術問題，本公開提供了一種振動環境下的動態流量測量方法和裝置。

根據本公開的第一方面，一種振動環境下的動態流量測量方法，包括：測量管道的振動加速度；測量流體的壓強；以及基于流固耦合模型，根據振動加速度和壓強，求解得到流體的流量；其中，流固耦合模型包括偏微分方程，其包括2個流體偏微分方程和2個管道軸線振動偏微分方程；偏微分方程的變量包括流體的流量和壓強、管道的軸向振動速度和軸向力，變量在所述偏微分方程中相互耦合。

根據本公開的至少一個實施方式，流量測量方法還包括利用特征線法將偏微分方程轉換為具有約束的線性方程組，進而通過差分求解方式獲得流體流量的計算公式，并設計流量解算算法。

根據本公開的至少一個實施方式，振動加速度通過加速度傳感器測量，壓強通過壓力傳感器測量；以及流量測量方法還包括測量加速度傳感器之間和壓力傳感器之間的距離。

根據本公開的至少一個實施方式，流量測量方法還包括設置管道與流體的參數、劃分算法網格以及設置算法運算時間步長。

根據本公開的至少一個實施方式，流量測量方法還包括在正式測量前，測量一次管道的振動加速度，用于初始化管道各個空間點的振動加速度；測量一次流體的壓強，用于初始化管道各個空間點的流體的壓強；以及將管道各個空間點的流量初始化為零。

根據本公開的第二方面，一種振動環境下的動態流量測量裝置，包括：加速度傳感器，用于測量管道的振動加速度；壓力傳感器，用于測量流體的壓強；以及流量解算控制器，基于流固耦合模型，根據振動加速度和壓強，求解得到流體的流量；其中，流固耦合模型包括偏微分方程，其包括2個流體偏微分方程和2個管道軸線振動偏微分方程；偏微分方程的變量包括流體的流量和壓強、管道的軸向振動速度和軸向力，變量在偏微分方程中相互耦合。

根據本公開的至少一個實施方式，流量解算控制器還用于利用特征線法將偏微分方程轉換為具有約束的線性方程組，進而通過差分求解方式獲得流體的流量的計算公式，并設計流量解算算法。

根據本公開的至少一個實施方式，流量測量裝置包括至少兩個加速度傳感器和至少兩個壓力傳感器；以及流量解算控制器還用于記錄加速度傳感器之間和壓力傳感器之間的距離。

根據本公開的至少一個實施方式，流量解算控制器還用于設置管道與流體的參數、劃分算法網格以及設置算法運算時間步長。

根據本公開的至少一個實施方式，流量解算控制器還用于根據振動加速度初始化管道各個空間點的振動加速度；根據壓強初始化管道各個空間點的流體的壓強；以及將管道各個空間點的流量初始化為零值。

附圖說明