[发明专利]一种获取气体超声流量计内部声场的方法

说明书

本发明涉及一种获取气体超声流量计内部声场的方法，包括下列步骤：步骤一：通过射线追踪方法获得超声波传播轨迹和传播时间，设管道内充分发展湍流，速度分布具有对称性，速。步骤二：由点声源发出一条射线，得到射线轨迹，获得该射线对任意位置处的声压贡献；步骤三：由点声源发出m条射线，将点(x₀,y₀)附近所有射线对该点的声压贡献进行加权叠加；步骤四：将点声源叠加为活塞型声源，取点声源个数为b个，每个点声源发出m条射线，故射线总条数为m×b条，则(x₀,y₀)处的声压。

技术领域

本发明属于流量测量技术领域。

背景技术

超声流量计被广泛应用于流量测量领域，具有精度高，无干扰，压损小等优点。气体超声流量计在测量过程中，超声波容易受到流场的影响，出现轨迹偏移，声压衰减等现象，进而影响流量计的测量精度。目前，获取声场的方法有射线追踪法和经典波动声学法，但这些方法存在一定局限性，例如射线追踪法只能通过射线管理论获得射线上的声压，无法获得射线之间的声压，而且该方法只能获得绝对声压，不能反映声压的相位信息。经典波动声学法能够计算出超声流量计内声压分布，但是相比于射线追踪法，其只能观察超声路径大概偏移趋势，无法获得实际超声传播路径长度，且若要获得准确超声传播时间，需借助瞬态求解，耗费较长时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于气体超声流量计流动均匀介质的声场获取方法。技术方案如下：

1.一种获取气体超声流量计内部声场的方法，包括下列步骤：

步骤一：通过射线追踪方法获得超声波传播轨迹和传播时间，设管道内充分发展湍流，速度分布具有对称性，射线追踪方法的模型如下：

其中，x方向为流体流动方向，(x(t),y(t))为射线上任一待追踪点坐标，t为从声源到待追踪点的超声波传播时间，α为波矢角度，c为声速，v为待追踪点处的流体流速。

步骤二：由点声源发出一条射线，得到射线轨迹，获得该射线对任意位置如(x₀,y₀)处的声压贡献：

其中，u为(x₀,y₀)处的声压，n为(x₀,y₀)到射线的垂直距离，点G为垂足，s为点声源沿射线到G处的弧长，t(s)为点声源沿射线到G处的传播时间，s₀为点声源到(x₀,y₀)的直线距离；

式(2)中，p(s)＝1,q(s)＝cs+ε，其中参数ε为：

考虑到有流场的影响，G处的射线传播速度c′(s)为

其中，v(s)为G位置处的流速，为G处流速方向与射线传播方向的夹角。

式(2)中，ω为有流场影响的角频率：ω₀为无流场影响时的角频率，波数

式(2)中，k₀为无流场时的波数：k_r为有流场时的波数：

v(s₀)为(x₀,y₀)处的流速，其中

步骤三：由点声源发出m条射线，将点(x₀,y₀)附近所有射线对该点的声压贡献进行加权叠加，则该点处的声压为：