[发明专利]一种管道流体雷诺数的超声感测方法和装置

说明书

本发明公开了一种管道流体雷诺数的超声感测方法和装置。定义特征参数m_min，其为仪器对穿过流场后的超声脉冲连续采样，输出常量平均信号时所需的最少采样次数；所述雷诺数的超声感测方法，使用所述特征参数m_min表征流速脉动强度，对于特定形状的试验管道的单相流，基于实验测量构建雷诺数Re和所述m_min的拟合函数所述函数适用于和试验管道几何相似管道的单相流；所述装置，取得的新技术效果，主要在于通过测量特征参数m_min，代入所述函数便可输出被测流场的雷诺数Re；同时，根据流体雷诺数的定义，所述装置也具备管道流量计量功能。

技术领域

本发明属于超声传感技术领域，涉及一种管道流体雷诺数的超声感测方法和装置，也涉及超声一种流量计。

背景技术

当今世界，人们对高精度测量的需求越来越广泛，例如管道系统的自动化控制，离不开无数个流量计量节点的精确测量。同时，管道流体测量精度的微小偏差，就会导致巨大经济代价。

自上世纪六十年代以来，流量传感技术飞速发展，已被广泛应用。如今，相对传统流量计，在以物联网、AI技术为核心的新工业革命大背景下，流量传感器优越性越发显著。

目前，超声流量计的测量原理，主要有时差法、频差法(多普勒)两种，他们的缺点如下：1)适用流体范围较窄：时差法超声流量计，只能用于清洁(单相)流体；多普勒超声流量计，只能用于流体含一定颗粒或气泡；(3)超声流量计的测量电子系统较复杂，成本较高：工业计量液体流速(单位m/s)，一般为～10¹的量级，其带给声速的变化最大也是10^-3数量级，这意味着若测量精度达±1％，则仪器对于声速分辨率小于10^-6量级，必须有完善的测量电子系统才能实现。

根据雷诺数Re的定义，在几何相似管道，流体的雷诺数相同意味着流场几何相似。因此，雷诺数可以表征几何相似管道的流场结构的几何特征，但是目前缺少传感技术可以感测雷诺数。

旨在克服或改善现有技术缺点，丰富流体传感技术类型，本发明提出一种管道流体雷诺数的超声感测方法和装置，实现超声感测管道流体雷诺数的技术效果，至少可应用于超声流量计量领域。

发明内容

本发明公开一种管道流体雷诺数的超声感测方法和装置，实现一种以超声脉冲为感测信号的流场雷诺数Re和流量值的传感技术。

首先，对于所述本发明方法的核心理念，即所述特征参数m_min、表征流场几何特征的雷诺数Re，构建两者的单变量函数的可行性，对此从理论研究、实验研究两方面，说明如下：

所述恒定的超声信号(进入流场前)，记作E₀；由于实际流体有粘性，只要流动就有紊乱度(速度脉动)；超声脉冲穿过脉动流场后，成为幅值波动的脉动信号，连续m个所述脉动信号的平均信号

上式中，的脉动幅度，随m增加而减小。问题是：m至少要多大(m_min)，才完全抑制的脉动。

根据各态遍历的假说、系综统计理论：

上式说明，对于超声脉冲E₀经充分发展湍流后的随机信号理论上充分发展湍流只有连续采样m趋于无穷，才等于的系综平均E。需要无穷多采样，意味着本发明将不可实现。

根据Kolmogorov的湍流统计理论：