水中雜質對超聲波熱量表測量精度影響規(guī)律的研究.pdf

1、伴隨全球經濟的快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴重。推行供熱計量改革是避免能源浪費，減少污染排放的重要舉措。熱量表是供熱計量的核心部件，根據建設部《供熱計量技術規(guī)程》，在測量過程中必須達到規(guī)定的精度。超聲波熱量表是利用超聲波原理來測量流量及顯示水流經熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱能量的儀表，具有準確性好、量程大、壽命長和可靠性高等優(yōu)點。然而，我國供熱水質較差，水中雜質濃度高時造成超聲波熱量表的測量精度降低，影響使用壽命。因此，基于超聲波傳

2、播原理和基表內流場特性，研究水流雜質對超聲波熱量表測量精度的影響規(guī)律，對提高超聲波熱量表計量精度和壽命具有重要的意義。
　　聲波在含雜質水流中傳播涉及聲場、流場、固相場等多物理場的耦合，致使聲波傳播規(guī)律更加復雜。本文采用理論分析、實驗研究和數值模擬相結合的方法對不同基表通道結構的超聲波熱量表中含雜質水流的流動特性進行研究。通過理論分析獲得水中雜質引起的超聲波衰減特性，搭建標準實驗臺測定超聲波熱量表在含雜質水流中的測量精度，從而驗證

3、采用兩相流模型數值模擬計算的正確性，進而通過數值模擬計算方法獲得超聲波熱量表基表通道內雜質分布特性和雜質對超聲波傳播規(guī)律的影響。全文主要工作如下:
　　第一，采用理論分析的方法對聲波在含雜質水流中傳播規(guī)律進行研究。從速度分布、溫度變化、流動擾動、噪聲及檢測手段等方面給出了雜質對超聲波熱量表測量精度的影響因素。在此基礎上，對聲波在含雜質水中的衰減機理展開了分析，主要包括波的吸收、散射和擴散。結合雜質的沉積對聲波反射的影響，系統(tǒng)分析了

4、含雜質水流對超聲波熱量表檢測精度的影響因素。
　　第二，對超聲波熱量表測量含雜質水流的誤差規(guī)律進行實驗研究，搭建熱量表流量檢定試驗臺，選取純凈水，供熱水、不同濃度的碳酸鈣濁液及黃泥濁液作為水質實驗模型，對U型熱量表測量不同水質時在不同流量的測量誤差進行實驗。研究了不同種類雜質和濃度在不同流量下對誤差的影響規(guī)律，并采用示波器記錄不同誤差對應的超聲波波形。運用聲衰減理論分析不同濃度和粒徑的雜質引起的能量衰減規(guī)律，指出超聲波波形變化對測

5、量結果的影響。
　　第三，對超聲波熱量表基表內含雜質水流流動進行數值模擬計算。采用兩相流模型對超聲波熱量表基表內的流場特性、雜質在超聲波傳播路徑上的分布特點及超聲波反射而附近的雜質分布情況分別進行研究，流體連續(xù)相采用標準k-ε模型，固體顆粒采用離散相模型進行追蹤。采用實驗結果對數值模擬計算結果進行對比，驗證本文所建立的兩相流模型的正確性。通過數值模擬計算結果獲得傳播路徑上的線速度和基表內中心截面的面平均速度，從而獲得流量系數k，研

6、究不同粒徑雜質在不同流量對流量系數k產生的影響;通過數值模擬計算結果獲得傳播路徑上的顆粒濃度，以及顆粒濃度隨流量的變化情況，分析超聲波傳播路徑上雜質的分布規(guī)律及雜質在不同流量情況下的沉積規(guī)律，結合超聲波傳播特性分析雜質對測量誤差的影響。
　　最后，采用上述建立的兩相流模型對Ⅴ型超聲波熱量表測量含雜質水流時基表流場展開研究?？紤]其反射面為水平面，雜質容易沉積，在反射區(qū)域前加裝渦流發(fā)生器，在反射區(qū)域上方產生較強的漩渦，起到剝離反射區(qū)域

7、雜質，清洗反射面的效果。通過數值計算對加裝渦流發(fā)生器前后雜質分布情況進行對比，獲得加裝渦流發(fā)生器后的流場特性和對顆粒分布的影響規(guī)律，進一步分析該措施對提高測量精度的有效性。
　　本文基于離散相模型對超聲波熱量表基表內含雜質水流流動進行模擬，用實驗結果驗證模型選用的正確性。通過對數值模擬結果的分析，獲得了U型超聲波熱量表在含有不同雜質水流時的流動特性，分析了不同濃度不同粒徑的雜質顆粒在不同流量對測量精度產生的影響，揭示了U型超聲波熱