[发明专利]振动环境下的动态流量测量装置及方法

说明书

本公开提供了一种振动环境下的动态流量测量方法和装置。该流量测量装置包括加速度传感器，用于测量管道的振动加速度；压力传感器，用于测量流体的压强；以及流量解算控制器，基于流固耦合模型，根据振动加速度和压强，求解得到流体的流量。该流量测量方法包括：测量管道的振动加速度；测量流体的压强；以及基于流固耦合模型，根据振动加速度和压强，求解得到流体的流量。

技术领域

本公开涉及一种流量测量装置及方法，尤其涉及一种在振动环境中流体流量的非侵入式动态测量方法。

背景技术

流量测量的方法一般有：压差式、涡轮式、涡阶式、超声波式、激光等，但这些方法均存在一定的缺陷。压差式、涡轮式、涡阶式等流量测量方法需要在管道中设置节流孔、涡轮或涡阶发生器，会给管道中流动的流体带来节流损失，对流体的流动形态带来影响。同时，涡轮或涡阶发生器方法测量流体流量的精度受到涡轮齿数的精度限制，无法对流体的动态流量进行精确测量。超声波与激光等方法则对环境中的振动有着较大的要求，在环境存在振动的情况下将会引入较大的误差。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种振动环境下的动态流量测量方法和装置。

根据本公开的第一方面，一种振动环境下的动态流量测量方法，包括：测量管道的振动加速度；测量流体的压强；以及基于流固耦合模型，根据振动加速度和压强，求解得到流体的流量；其中，流固耦合模型包括偏微分方程，其包括2个流体偏微分方程和2个管道轴线振动偏微分方程；偏微分方程的变量包括流体的流量和压强、管道的轴向振动速度和轴向力，变量在所述偏微分方程中相互耦合。

根据本公开的至少一个实施方式，流量测量方法还包括利用特征线法将偏微分方程转换为具有约束的线性方程组，进而通过差分求解方式获得流体流量的计算公式，并设计流量解算算法。

根据本公开的至少一个实施方式，振动加速度通过加速度传感器测量，压强通过压力传感器测量；以及流量测量方法还包括测量加速度传感器之间和压力传感器之间的距离。

根据本公开的至少一个实施方式，流量测量方法还包括设置管道与流体的参数、划分算法网格以及设置算法运算时间步长。

根据本公开的至少一个实施方式，流量测量方法还包括在正式测量前，测量一次管道的振动加速度，用于初始化管道各个空间点的振动加速度；测量一次流体的压强，用于初始化管道各个空间点的流体的压强；以及将管道各个空间点的流量初始化为零。

根据本公开的第二方面，一种振动环境下的动态流量测量装置，包括：加速度传感器，用于测量管道的振动加速度；压力传感器，用于测量流体的压强；以及流量解算控制器，基于流固耦合模型，根据振动加速度和压强，求解得到流体的流量；其中，流固耦合模型包括偏微分方程，其包括2个流体偏微分方程和2个管道轴线振动偏微分方程；偏微分方程的变量包括流体的流量和压强、管道的轴向振动速度和轴向力，变量在偏微分方程中相互耦合。

根据本公开的至少一个实施方式，流量解算控制器还用于利用特征线法将偏微分方程转换为具有约束的线性方程组，进而通过差分求解方式获得流体的流量的计算公式，并设计流量解算算法。

根据本公开的至少一个实施方式，流量测量装置包括至少两个加速度传感器和至少两个压力传感器；以及流量解算控制器还用于记录加速度传感器之间和压力传感器之间的距离。

根据本公开的至少一个实施方式，流量解算控制器还用于设置管道与流体的参数、划分算法网格以及设置算法运算时间步长。

根据本公开的至少一个实施方式，流量解算控制器还用于根据振动加速度初始化管道各个空间点的振动加速度；根据压强初始化管道各个空间点的流体的压强；以及将管道各个空间点的流量初始化为零值。

附图说明