[发明专利]一种增压供水系统低流量供水工况管道结冰厚度检测方法

权利要求书

1.一种适用于低气温环境增压供水系统低流量供水工况管道结冰厚度检测方法，其特征在于，包括：

利用超声波流量计，获取增压供水系统管道流量Q；再利用管道式温度传感器，得到增压供水系统管道内的水温T₀；根据所述管道内的水温T₀，确定水和冰的基本物性参数，该基本物性参数包括水的密度ρ、粘度υ、导热系数λ_L、热扩散系数α_L和凝固点T_f，以及冰的导热系数λ_S和相变潜热L；

利用环境测温仪，得到增压供水系统管道所处的环境温度T_a；根据所述环境温度T_a，确定空气的基本物性参数，该基本物性参数包括空气的导热系数λ_a、粘度υ_a和普朗特数Pr_a；

根据所述管道内的水温T₀和凝固点T_f，判断管道内是否有结冰发生：若所述管道内水温T₀≦T_f，则判定管道内有结冰发生，需进一步检测结冰厚度；

根据所述管道内的水温T₀、环境温度T_a、空气粘度υ_a、重力加速度g，确定格拉晓夫数Gr；

根据所述空气的普朗特数Pr_a、格拉晓夫数Gr，确定努塞尔特数Nu；

根据所述努塞尔特数Nu、空气的导热系数λ_a、管道直径D，确定管壁与周围环境对流换热系数h；

连续测试增压供水系统管道流量Q，若管道流量变化幅度大于设定值N，则判定供水过程流量不稳定，通过瞬态流动方式进行结冰厚度检测；若管道流量变化幅度不大于设定值N，则判定供水过程流量近似恒定，通过稳态流动方式进行结冰厚度检测；

通过瞬态流动方式进行结冰厚度检测方法为：

根据所述增压供水系统管道流量Q和管道直径D，确定管道内水的平均流速V：

根据管道内水的平均流速V、管道直径D、粘度υ，确定雷诺数Re；根据管道内水的粘度υ、热扩散系数α_L，确定普朗特数Pr：

根据管道入口到被测位置处的距离z、管道直径D、雷诺数Re、普朗特数Pr，确定无量纲距离z^*：

根据管道内水的温度T₀、凝固点T_f、密度ρ、热扩散系数α_L和相变潜热L，以及水和冰的导热系数λ_S和λ_L，确定无量纲液相导热系数Λ_L和无量纲固相导热系数Λ_S：

得到与无量纲距离z^*和γ_m有关的级数A(z^*)，其中γ_m为0阶贝塞尔函数的正根；

根据管道内水的热扩散系数α_L、冻结时间t、管道直径D，确定无量纲冻结时间τ；

根据无量纲液相和固相导热系数Λ_L和Λ_S、无量纲冻结时间τ、无量纲距离z^*、级数A(z^*)、管道直径D、管壁与周围环境对流换热系数h，确定无量纲冰层厚度e^*；

根据无量纲冰层厚度e^*、管道直径D，确定实际冰层厚度e；

确定无量纲冰层厚度e^*公式为：

确定冰层厚度e公式为：

通过稳态流动方式进行结冰厚度检测方法为：

利用公式(5)、(6)、(7)、(8)、(11)，分别确定管道内水的平均流速V、雷诺数Re、普朗特数Pr、无量纲距离z^*和级数A(z^*)；

判断冰层厚度计算选择公式是否成立：若成立，启用方案1确定冰层厚度；否则，启用方案2确定冰层厚度；

所述冰层厚度计算选择公式为：