Корреляционные методы измерения расхода жидкости

Ватин, Николай Иванович

Гидравлика и инженерная гидрология

автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Корреляционные методы измерения расхода жидкости

доктора технических наук: Ватин, Николай Иванович
город: Санкт-Петербург
год: 2000
специальность ВАК РФ: 05.23.16
цена: 450 рублей

Диссертация по строительству на тему «Корреляционные методы измерения расхода жидкости»

Автореферат диссертации по теме "Корреляционные методы измерения расхода жидкости"

На правах рукописи

ргв од

2 2 ДЕК Ш

Ватин Николай Иванович

Корреляционные методы измерения расхода жидкости

Специальность 05.23.16 - Гидравлика и инженерная гидрология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете (СПбГТУ) на кафедре Энергетических и промышпенно-гражданских сооружений.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие «Водоканал Санкт-Петербурга», Санкт-Петербург.

Гиргидов Артур Давидович Курганов Анатолий Матвеевич Мишуев Адольф Владимирович

Защита состоится с ¡262000 года в «-(£ » часов на

заседании диссертационного совета Д063.38.0Э в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул. д. 29, ПГК, ауд. 411.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул. д. 29, Инженерно-строительный факультет, диссертационный совет Д 063.38.09.

Автореферат разослан 2000 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., профессор В.Т. Орлов

4 О

Общая характеристика работы

Актуальность работы определяется необходимостью повышения точности измерения расхода жидкости при ее напорном течении. Измерение объемного или весового расхода (или количества) жидкости необходимо для технологического учета в энергосберегающих и ресурсосберегающих технологиях, для коммерческого расчета за потребляемые ресурсы или за сброс жидких отходов производства, и для обеспечения управляемости производственных процессов.

Серийно выпускаемые образцы корреляционных расходомеров-счетчиков изначально были созданы с использованием лишь самых общих представлений о характеристиках и свойствах течения в канале расходомера. Дальнейшему развитию корреляционных методов измерения расхода препятствовали:

- отсутствие теоретически установленных зависимостей между параметрами потока (распределением осредненной и пульсационной составляющих скоростей, среднерасходной скоростью и др.) и положением максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей;

- отсутствие рекомендаций по организации структуры течения в проточных частях расходомеров;

- отсутствие рекомендаций по использованию информации о характеристиках потока для совершенствования алгоритмов обработки сигналов.

Описанные в литературе исследования корреляционных методов измерения расхода в большей степени относятся к изучению внешних <арактеристик расходомера как электронного устройства, без изучения сути "идравлических процессов в проточной части расходомеров.

С нашей точки зрения задача измерения, включающая анализ леханизмов зарождения и развития меток потока, формирования «мерительного сигнала, анализ методов обработки, получения и

интерпретации результата измерения, решается как методами метрологии и измерительной техники, так и методами технической механики жидкости (гидравлики) в ее разделах, относящихся к описанию турбулентных потоков.

Цепи работы заключались в разработке научных основ измерения расхода жидкости корреляционными методами, в выработке научно обоснованных технических решений, направленных на повышение точности и на расширение области применения корреляционных расходомеров и во внедрении этих технических решений.

Для достижения поставленной цели исследовались (теоретически и экспериментально) характеристики турбулентного течения в каналах корреляционного расходомера для непроводящих, слабопроводящих и электропроводящих жидкостей.

Научная новизна диссертационной работы заключается в учете особенностей турбулентного течения в каналах расходомера при реализации корреляционных методов измерения расхода. Так как полной количественной теории развитой турбулентности еще не существует, а при описании корреляционных расходомеров ранее использовалось представление потока в виде движущегося твердого тела («стержневой профиль») с вкрапленными в него случайно распределенными неоднородностями, либо гипотеза «замороженной турбулентности», не учитывающая развитие метки потока на измерительном участке корреляционного расходомера, автором была разработана приближенная и ориентированная на конкретную область применения модель процессов в канале корреляционного расходомера. Среди конкретных результатов можно выделить следующие элементы научной новизны:

• 1. Методическая основа анализа корреляционных расходомеров путем разбиения его на три подзадачи - анализ развития меток потока на измерительном участке трубопровода между двумя преобразователями расхода, анализ взаимосвязи флуктуации физических полей (акустического, электрического, магнитного) с гидродинамическими характеристиками течения

в измерительном объеме одного преобразователя, и заключительный анализ связи положения максимума взаимной корреляционной функции сигналов двух преобразователей с расходом жидкости.

2. Модель пространственно-временных корреляционных функций пульсаций актуальной скорости жидкости в точках с пространственным разнесением по потоку порядка нескольких диаметров трубопровода в развитом турбулентном течении в круглой трубе. В модели известные экспериментальные данные по корреляции при нулевом пространственном и/или временном разнесении используются как начальные условия для расчета корреляций при любых разнесениях.

3. Подход к описанию взаимодействия меток потока с физическими полями (акустическим, электрическим, магнитным) во всех трех основных типах преобразователей корреляционного расходомера, путем введения «весового вектора» при интегрировании пульсаций или корреляций по измерительному объему преобразователя, позволяющий определить условия регистрации гидродинамических меток потока, предложить и обосновать конструктивные варианты преобразователей.

ГосРСИ за № 15192-96, в проектно-технических решениях по узлам учета воды и тепловой энергии в северо-западном регионе РФ (Производственное, научно-исследовательское и проектно-конструкторское учреждение «Венчур», Санкт-Петербург); в системе учета сточных вод на Южных очистных сооружениях о. Белый (ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»); в узлах учета тепловой энергии ГП «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга», а также использованы в ряде других организаций.

Достоверность научных результатов и основных выводов подтверждается использованием известных научных представлений и методов, используемых при исследовании напорных турбулентных течений, соответствием полученных данных опубликованным результатам других авторов и проверкой обоснованных технических решений на этапе их практического внедрения.

Конкретное личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации, заключается в создании модели рассматриваемых явлений, в предложении и обосновании технических решений по совершенствованию корреляционных методов измерения расхода.

Апробации работы. Основные результаты работы докладывались на Третьем семинаре "Организация коммерческого учета энергоносителей" в

1995 г., VI Научно-техническом семинаре "Коммерческий учет энергоносителей" в 1997 г., Международной научно-технической конференции "Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара" в

1996 г., Международной научно-практической конференции «Технология энергосбережения, строительство и эксплуатация инженерных систем» в 2000 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 156 наименования, приложения и изложена на 198 листах, включая 47 рис.

Содержание работы

В первой главе выполнен обзор литературы по рассматриваемой

проблеме и сформулированы задачи исследования.

В соответствии с принятой классификацией (Кремлевский П.П.) корреляционные расходомеры для различных жидкостей объединены в одну группу по применяемому методу измерения (рис. 1).

Корреляционный расходомер жидкости (рис. 2) представляет собой трубопровод с установленными на нем двумя преобразователями, воспринимающими случайные неоднородности (метки) потока. Расстояние между преобразователями известно и равно 1_. Принцип действия расходомера основан на использовании связи расхода жидкости со временем перемещения случайной местной неоднородности потока по участку трубопровода от одного преобразователя до другого. Метки потока вызывают случайные флуктуации' выходных сигналов преобразователей. Время перемещения метки определяется по положению максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей ер,^) и ф2(1). Оценка математического ожидания вычисляется в корреляторе в соответствии с алгоритмом

иМ = <Р1(0 (1)

1иэмер О

При некотором значении т взаимная корреляционная функция достигает максимального значения. Координата максимума по оси временной задержки (обозначаемая далее как ттах) интерпретируется как время прохождения меткой потока расстояния I. между преобразователями.

Измеряя временную задержку, соответствующую максимуму, можно найти расход как О ^8-1-/т;таж, где Б - площадь поперечного сечения трубы. В действительности среднее время движения элементарных объемов жидкости от одного преобразователя до другого может отличаться от ттах. Поэтому расход определяют, вводя калибровочный (поправочный) коэффициент, к, т.е.

. ,3а последние годы расходомеры, основанные на корреляционном методе, получили широкое распространение. В ряде важнейших случаев (измерение расходов природных и сточных вод, измерение расходов теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах) они оказывались в числе немногих возможных для применения. При несомненных достоинствах

корреляционные расходомеры обладают, в сравнении с электромагнитными и традиционными ультразвуковыми расходомерами, и рядом недостатков, к которым следует отнести:

- длительность процесса измерения, так как с уменьшением времени измерения погрешность возрастает;

- ограниченная точность, обычно погрешность измерения расхода не менее 1,5—2%.

Пути повышения точности расходомеров противоречивы. Например, увеличение базового расстояния между преобразователями уменьшает относительную погрешность измерения базового расстояния, но может ухудшить точность определения ординаты максимума взаимной корреляционной функции за счет его размывания и т.д. Отсутствие теории формирования измерительного сигнала, как отклика на прохождение в потоке крупномасштабной вихревой структуры, делает единственно возможным совершенствование преобразователей методом проб и ошибок. Несмотря на расширяющееся применение корреляционных расходомеров, до недавнего времени отсутствовало систематическое исследование гидравлических основ их функционирования. В первую очередь это относится к изучению скоростной структуры турбулентного течения, которая обусловливает появления флуктуаций физических полей, регистрируемых преобразователем.

Теоретические основы для исследования структуры течения в каналах расходомеров были заложены крупными гидравликами О.Ф.Васильевым, А.Д.Гиргидовым, А.М.Кургановым, У.Р.Лийв, А.В.Мишуевым, Н.Н.Павловским, А.В.Тананаевым, Н.Ф.Федоровым, С.В.Яковлевым.

Результаты экспериментального исследования турбулентных сдвиговых течений .показывают на наличие в них крупномасштабных вихревых структур, сохраняющихся при движении вниз по потоку на значительное расстояние. Однако современное состояние теории турбулентных течений, в значительной степени ориентированной на определение осредненных

характеристик течения в трубах и вызванного им тепло- и массопереноса, не позволяет рассчитывать пространственно-временные корреляционные характеристики течения при большом (несколько диаметров трубопровода) пространственном разнесении рассматриваемых точек потока и рассчитывать статистические характеристики флуктуаций физических полей (акустического, электрического, магнитного), вызванных метками потока.

В имеющихся публикациях по первичным преобразователям корреляционных расходомеров (Агеев Ю.Н., Адамовский Л.А., Александров К.А., Афанасьев В.А., Бартенев В.И., Боланд Д.А., Голованов В.В., Гуревич Г. Г., Кебадзе Б.В., Кирштейн Г. X., Некрасов В.П., Ржевкин В.А., Ярмола Ю. А., Beck M.S., Bentley P.G., Coulthard S. , Daucher H., Dräne J., Flatcher F.L., Forster G.Á., Fritsche R., Glauner W., Hayes A.M., Jhun G., Kaghazchi В., Keech R.P., Llewellyn G.J., Matsushita S., McGonical G., Mesch F., Muller St., Musgrave G., Nakagawa T., Ong K.M., Plaskowski A., Patris A.C., Thatcher C., Vita V.D., Wainwright N.) используется, как правило, упрощенный подход к структуре турбулентного течения. В качестве модели течения фактически рассматривается либо течение со «стержневым» профилем, либо ламинарное течение с профилем, соответствующим турбулентному. Зависимости, связывающие индуцируемый электрический потенциал с параметрами ламинарного течения, без каких либо оговорок переносятся на связь пульсационных характеристик при турбулентном потоке. Механизм «размывания» метки потока на участке между двумя преобразователями, обусловленный турбулентными пульсациями, в таких подходах фактически отсутствует. Целенаправленные работы по изучению структуры течения в корреляционных расходомерах проводились под руководством А.В.Тананаева.

Теоретические результаты (Гуревич В.М., Трумэн С.Г, Филатов В.И.), полученные для традиционных расходомеров, могут быть использованы (с некоторыми уточнениями) для построения модели связи пульсационных параметров потока с пульсацией фазы ультразвукового луча в первичных

преобразователей корреляционного расходомера.

Для электризационных преобразователей корреляционного расходомера, регистрирующих неоднородности движения электрических зарядов, переносимых жидкостью, Ю.А.Ярмолой предложена модель, в которой учитывается перенос зарядов только осредненным течением. Вклад пульсационной составляющей актуальной скорости в формирование флуктуации индуцированной разности потенциалов не анализируется. По этой и ряду других причин предложенная модель электризационного преобразователя требует дальнейшего существенного развития.

Теория измерения расхода жидкого металла и других электропроводящих жидкостей с кондукционными электромагнитными преобразователями (Шерклифф Д., Бевир М.К.) связывает величину осредненного индуцированного потенциала электрического поля и осредненной скорости течения жидкости. Однако в рамках этой теории не рассматриваются вопросы регистрации гидродинамических возмущений турбулентного течения. Не анализируются с этой точки зрения границы безындукционного приближения. Имеющихся теоретических данных недостаточно для построения модели, связывающей турбулентные пульсации с флуктуацией потенциала электрического поля кондукционного электромагнитного преобразователя, используемого в корреляционных расходомерах электропроводящих жидкостей.

На основе выполненного анализа в данной главе автором сформулированы задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию процессов в канале корреляционного расходомера. -

Взаимная корреляционная функция пульсации актуальной скорости определяется как математическое ожидание произведения компонент пульсаций актуальной скорости в двух различных точках пространства и в

различные моменты времени: = и^(х1,х2,х3,1)и^х, +Ц,х2 + 1-2.хз +1_3,1 + "г).

Здесь п, э = 1,2,3- индекс компоненты вектора и в первой точке; Ц, 1_2, 1-3 -

пространственные сдвиги по соответствующей координате; т - временной сдвиг. Штрихом сверху здесь и далее обозначены пульсационные компоненты величин. Для удобства сопоставления взаимных корреляционных функций при разных I. и разных расходах, они исследовались в зависимости не от т, а в зависимости от т0 = т-1_/и0, где и0 - среднерасходная скорость, т.е.

=и;(х1,х2,х3,^и;(х1+ь1,х2+12,хз+1з, 1 + 1-1/14).

Для исследования поведения взаимных корреляционных функций компонент пульсаций актуальной скорости жидкости при изменении расхода и при изменении пространственного сдвига между преобразователями использовано уравнение типа Кармана-Ховарта, содержащее производные по т0 и по 1_. Производная от корреляционной функции по времени д/д1 и производная по временной задержке д/дх0 связаны соотношением

• (2)

01 ) от0

Производные по продольной координате а/Эх, и производная по пространственному сдвигу а/Э1_ по той же координате связаны более сложным образом

г - \

¿-"¡.(мК^+м+'о)

ах,

(3)

ах, а. ц, й0 '

Предполагалось, что влияние сил вязкости на пульсационные составляющие характеристик потока мало, и силы вязкости учитывались через задание профиля осредненной скорости и, и путем задания условия равенства нулю пульсации актуальной скорости на стенке. Не учитывалась корреляция соленоидального поля скоростей и потенциального поля давления, играющая несущественную роль в динамике развитых течений, а также влияние внешних объемных сил. С этими допущениями взаимные корреляционные функции предложено описывать уравнением

= 0 (4)

7Пах„ -™а.т ™ах„

и аналогом уравнения неразрывности

8хп 81п и0 Эх0 ^

Уравнение (4) для осесимметричного потока, при использовании корреляций при нулевом разнесении ^(0,0) и ^(0,0) в качестве начальных условий по I. и т0, имеет решение для взаимных корреляционных функций:

Ми т0) = К,0,(О, -Со - Тд)+ ^(0,т0 - Оь ~ 1п Пх

дт (6)

Здесь введено обозначение тд = 1_/и0 -\~/их. Величина тд есть характеристика осредненного течения. Она может быть определена из общеизвестных данных по профилям скорости течения жидкости в круглой трубе. Физический смысл величины тд - это разница времени прохождения меткой потока расстояния I. (расстояния между преобразователями, между измерительными сечениями) со среднерасходной скоростью и с локальной осредненной скоростью.

Очевидно, что в случае принятия гипотезы Тейлора о замороженной турбулентности в правой части (6) присутствовал бы только первый член, отражающий сдвиг взаимной корреляционной функции по оси т„. Появление второго члена, отражающего уменьшение максимума корреляционной функции по мере увеличения I. вследствие конвективного "размывания" метки, иллюстрирует неприменимость этой гипотезы.

Наибольший практический интерес представляют расчеты взаимных корреляционных функций продольных компонент пульсаций актуальной скорости ^(Цхо), имеющих пространственное разнесение по продольной координате х на величину I.. Для расчета взаимной корреляционной функции при произвольных значениях Ь и т0 в осесимметричном потоке использованы

известные экспериментальные данные по корреляциям пульсаций скорости при 1 = 0 и т0 = 0. Использованы также аппроксимирующие зависимости для профиля локальной осредненной скорости ц, = ^(Че).

Расчетно анализировались два основных аспекта статистической взаимосвязи пульсаций скорости - положение и величина максимума корреляционных функций. Расчет взаимных корреляционных функций продольных компонент пульсаций актуальной скорости ^(Цт;,) показывает, что поперечный сдвиг в потоке является причиной уменьшения статистической взаимосвязи пульсаций актуальной скорости в удаленных друг от друга поперечных сечениях потока (рис. 3 - 8). Положение максимума Кхх(Цто) на оси временных задержек т0, которое можно интерпретировать как время переноса малой метки потока, определяется локальной осредненной скоростью. Так на оси трубы увеличение I. приводит к сдвигу взаимных корреляционных функций в сторону отрицательных т0 без изменения вида кривой (рис. 3).

Рисунок 3. Функция ^ (|_,г0) при Р?е = 3-103 и г/<10 =0. Значения 1_/с1 слева на право: 1.2, 0.8, 0.4, 0.

При_совпадении локальной осредненной скорости их со среднерасходной скоростью и0 сдвига положения максимума взаимной корреляционной функции не происходит, но с ростом пространственного сдвига I величина

максимума взаимной корреляционной функции уменьшается (рис. 4).

С|

Рисунок 4. Функция ^(Цто) при Р*е = 3-103 иг/с!0 =0.74. Значения 1_/с1 сверху вниз: 0, 0.4, 0.8, 1.2. '

Если локальная осредненная скорость их меньше среднерасходной скорости ио, то с ростом пространственного сдвига I. при неизменном 1Че положение максимума взаимной корреляционной функции сдвигается вправо; величина максимума взаимной корреляционной функции уменьшается (рис. 5).

------4-

0 8 /

о/

- ""---бтЗ-

эисунок 5. Функция ^(Цто) при Яе = 3-10? иг/с!0 =0.8. Значения Ь/с! сверху ¡низ: 0, 0.4, 0.8, 1.2.

^м дальше отстоят рассматриваемые точки течения от оси трубы, тем ¡ыстрее затухает статистическая взаимосвязь пульсаций актуальной скорости [ри увеличении пространственного сдвига и (рис. 6).

при увеличении пространственного сдвига L (рис. 6).

тах {^(Цт,,)}

1.2

О,

L/d

О 0.2 0.4 0.6 0.8

1.2

Рисунок 6. Величина максимума функции R,o((i-,x0) в зависимости от L при Re = 3-103. Значения r/d сверху вниз: 0,0.74, 0.8.

С ростом числа Рейнольдса уплощение профиля осредненной скорости приближает положение максимума к. нулевому значению т0 (рис. 7), а максимальное значение корреляции увеличивается (рис. 8).

Рисунок 7. Функция Р^ДЦто) при х/й = 0.8 и 1_/с1 = 0.8. Значения Ре снизу вверх: 3-104,3-105,3-106,3-107.

Для взаимной корреляционной функции радиальных компонент пульсаций актуальной скорости Ргг(|_,т0) (как и в предыдущем случае)

R«(L.t0)

0.8 •

положение максимума сдвигается в сторону больших временных сдвигов т0 при локальной осредненной скорости йх(г) меньшей, чем среденерасходная скорость и0, и в противоположную сторону при локальной осредненной скорости их(г) большей, чем среденерасходная.

тах1о{Р*,«(1-,г0)}

Рисунок 8. Величина максимума Я^^о) при г/с! = 0, 0.8,1.2; Ь/й = 0.8 .

Величина максимума не зависит от числа Рейнольдса и пространственного разнесения 1_. Такая неизменность является следствием неучета вязкости в выражении (3) и демонстрирует ограниченность модели.

Приведенные результаты расчетов взаимной корреляционной функции компонент пульсаций актуальной скорости качественно соответствуют известным экспериментальным данным (М. X. Ибрагимов, В. И. Субботин, В. П. Бобков и др.). Предложенная модель является основой для последующего расчета характеристик корреляционного расходомера.

Третья глава посвящена анализу связи пульсаций актуальной скорости с пульсацией выходного сигнала первичных преобразователей и связи положения максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей с расходом жидкости. Разработано описание связи пульсаций актуальной скорости с пульсацией потенциала, индуцируемого на измерительных электродах зарядами, переносимыми турбулентными пульсациями жидкости со слабой электропроводностью. Определены

необходимые и достаточные условия регистрации гидродинамической метки потока в первичных преобразователях расходомеров жидкости со слабой электропроводностью. Разработано описание связи пульсаций актуальной скорости с пульсацией потенциала в кондукционных преобразователях расходомеров для жидкостей с высокой электропроводностью. Определены необходимые и достаточные условия регистрации гидродинамической метки потока в кондукционных преобразователях расходомеров для жидкостей с высокой электропроводностью. Исследована связь положения максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей трех основных типов (ультразвукового, электроиндукционного и кондукционного) с параметрами потока.

В корреляционном расходомере информационно значимой является пульсация выходного сигнала преобразователя, поскольку именно в ней содержится информация о метках потока в виде турбулентных вихрей, проходящих в случайные моменты времени через измерительный объем преобразователя.

В преобразователе ультразвукового корреляционного расходомера (рис. 9) пульсации актуальной скорости жидкости вызывают пульсацию фазы Д<р' ультразвукового луча, пронизывающего поток по диаметру трубопровода

Дф* = -^-'}и;<1г. ' (7)

звука -<*/2

Здесь \/зоука - скорость звука в жидкости. Взаимная корреляционная

функция пульсаций фазы на выходе двух преобразователей, по положению максимума которой определяется расход, представляет собой результат осреднения по диаметрам трубы в двух сечениях пространственно-временной взаимной корреляционной функции 1Чгг(т0) радиальных компонент пульсаций актуальной скорости жидкости:

-- ¿/г л/г

я(то)=дср;0)дФ;(1+хо) = | |ргг(г„г2.т0)<1г,с1г2 (8)

-(1/2 -С1/2

Здесь г,,г2 - значения радиусов в двух сечениях установки преобразователей.

Рисунок 9. Схема ультразвукового корреляционного расходомера.

Выражение (8) с учетом модели (4) дает возможность расчета взаимных корреляционных функций пульсаций фазы ультразвукового луча преобразователей и калибровочных характеристик ультразвукового корреляционного расходомера путем интегрирования по диаметрам трубы в месте установки двух преобразователей функции Нгг(г1,г2,т0), получаемой из (6). Расчет показывает, что с ростом расстояния I между двумя преобразователями (при фиксированном Яе) величина максимума взаимной корреляционной функции пульсаций фазы ультразвукового луча И(т0) уменьшается, уменьшается также острота максимума. Положение максимума сдвигается в сторону отрицательных значений временной задержки т0. Вид кривой по мере роста I. становится все более асимметричным. Асимметрия отражает наличие широкого диапазона скоростей переноса турбулентных

вихрей (от нуля до и0), соответствующих положительным значениям временной задержки т0, и более узкого диапазона скоростей переноса (от единицы 1)0 до 1.17 ио), соответствующих отрицательным значениям временной задержки х0 (рис. 10).

Наибольший вклад в погрешность измерения расхода вносит погрешность измерения положения максимума Дттах. Положение максимума хгаах и расстояние I. взаимосвязаны. Чем меньше Ь, тем меньше и т.^, и тем больше абсолютные погрешности Д!_ и Дхта)( будут влиять на результирующую погрешность. Но, как видно из результатов расчета (рис. 11), с увеличением I. вследствие «размывания» метки потока уменьшается не только величина, но, что более важно, и крутизна максимума корреляционной функции, что приводит к увеличению погрешности Лттах. Поэтому для серийно выпускаемого расходомера ДРКМ предложено расстояние 1_ между преобразователями выбирать равным одному диаметру трубопровода (1-/с10 =1). Конструктивная схема корреляционного расходомера выбрана с учетом большего, чем в традиционном ультразвуковом расходомере, влияния акустически прозрачных отложений на стенках трубопровода. Величина

завышения показаний корреляционного расходомера оценена как (с!-2Дс1)2/с|г, где Дс1 - толщина отложений.

Рисунок 11. Зависимость величины максимума Я(х0) от 1_ для Ре = 3-104,3-105,3-106,3-107.

С уменьшением числа Рейнольдса Яе (при фиксированном расстоянии I между преобразователями), также как и при увеличении и, уменьшается величина максимума функции Р(т0).

Рисунок 12. Функция Н(т0) при 1_/с1=1. Значения Ре снизу вверх: 3-Ю4,3-Ю5,3-106,3-Ю7.

Отсюда следует, что ограничение области применения корреляционных расходомеров в области малых чисел Рейнольдса, наблюдаемое

экспериментально, вызвано не малым уровнем турбулентных пульсаций, а их низкой коррелированностью на больших расстояниях, и не может быть компенсировано повышением чувствительности фазовых детекторов преобразователей.

Максимум Я(т0) достигается при отрицательных зйачениях временной задержки т0 (рис.12). С ростом числа Рейнольдса величина максимума взаимной корреляционной функции пульсаций фазы ультразвукового луча Р?(т0) стремится к единице (рис. 13).

Рисунок 13. Зависимость величины максимума R(t0) от Re при L/d = 0.4,1.2,2, 2.8.

По положению максимума взаимной корреляционной функции пульсаций фазы ультразвукового луча R(x0), перейдя от x0=t-L/U0 к задержке т, можно рассчитать калибровочный коэффициент ультразвукового корреляционного расходомера. Расчетный калибровочный коэффициент, хорошо совпадающий с данными проливных испытаний корреляционного расходомера ДРКМ (рис.14), не зависит от L, что предложено использовать для установки расходомера на произвольный (нетиповой) диаметр трубопровода. При отклонении фактического диаметра от ближайшего из номинальных внутренних диаметров dN0M, указанных в паспорте ДРКМ,

базовое расстояние L следует вычислять как L = d;J0M/d2.

к rooi

0.80 0.60 0 40 0.20 0.00

10000 100000 1000000 10000000

Рисунок 14. Калибровочная характеристика ультразвукового корреляционного расходомера (сплошная ' линия - расчет, точки - данные проливных испытаний расходомера ДРКМ).

Следует отметить, что, несмотря на близость расчетных и экспериментальных данных, при сертификации прибора использовались результаты проливных испытаний на стендах, аттестованных органами Госстандарта РФ.

Зависимость положения максимума R(t0) и калибровочного коэффициента к от Re означает наличие мнимой части во взаимном спектре пульсаций фазы ультразвукового луча. Кроме того, взаимные спектры компонент пульсаций актуальной скорости различны для различных точек потока, определяемых радиус-векторами г1, г,. Следовательно, частотная фильтрация пульсаций фазы ультразвукового луча изменяет вклад пульсаций актуальной скорости в различных частях течения в суммарный сигнал и может приводить к изменению положения максимума R(t0). Это изменение будет иметь место и при чисто действительной характеристике фильтрации. Для повышения точности измерения расхода предложено применение адаптивной частотной фильтрации сигналов преобразователей (а.с. 1078249).

Электризационный корреляционный расходомер представляет собой круглую диэлектрическую трубу с кольцевыми электродами (рис. 15). Электроды регистрируют флуктуации электрических зарядов, образующихся в пристеночной области, и распределенных в объеме жидкости.

■О

Дф2^ + Х0)

Коррелятор

Рисунок 15. Схема электризационного корреляционного расходомера.

Индуцированный течением жидкости электрический потенциал на электродах преобразователя определяется пространственным распределением объемной плотности электрического заряда у, переносимой жидкостью и пространственным распределением актуальной скорости жидкости и:

Д(р'~К|(уи'+у'и)-Е„|Г с!С0, (9)

со

где Е^ - виртуальная напряженость электрического поля электродов преобразователя, а К - число подобия, характеризующее отношение плотности конвективного тока к плотности тока проводимости, С0 -объем преобразователя. Поскольку уи' есть электрический ток конвекции, обусловленный переносом осредненного заряда за счет пульсации скорости жидкости, а у'й есть электрический ток конвекции, обусловленный переносом пульсации заряда за счет осредненной скорости жидкости, существует два условных типа меток потока - метка в виде неоднородностей объемной плотности заряда и метка в виде крупномасштабного турбулентного вихря, переносящего равномерно распределенный заряд. Существование двух типов меток потока дает возможность предложить использование такого расходомера и для течений с малым числом Рейнольдса, где

преобладающим механизмом будет пульсация объемного заряда.

В случае равномерного распределения осредненной плотности заряда взаимная корреляционная функция индуцированных разностей потенциалов И(1-,т0) представляет собой результат осреднения по объемам преобразователей взаимных корреляционных функций пульсаций плотности заряда, взятых с весами, равными соответствующим компонентам вектора напряженности виртуального электрического поля Е„,г:

= ( /^ШъКСпКЫЕ^ „(г^* *(г2)с!С0(г,)с!С0(г2) (10)

СоСд

Условием высокой коррелированное™ пульсаций индуцированной разности потенциала, как следует из (10), являются высокие значения продольной компоненты напряженности виртуального электрического поля Еот, что обеспечивается выбором формы и места расположения электрода преобразователя. Этому условию, в частности, соответствуют электроды кольцевой формы. Расчетная зависимость калибровочного коэффициента к электризационного корреляционного расходомера, определенная по положению максимума Я(т) с использованием заданных Ю.А.Ярмолой зависимостей для корреляций пульсаций заряда, качественно соответствует экспериментальным данным проливной калибровки.

Пульсация разности потенциалов на выходе преобразователя электромагнитного корреляционного расходомера (рис. 17) представляет собой результат осреднения по объему пульсаций актуальной скорости жидкости (с весом, равным весовому вектору \Л/) или результат осреднения по объему завихренности скорости жидкости (с весом, равным вектору магнитной индукции В)

Д<р'= |\ЛМ1'<Ю0 = |ФуВ^хи'сЮ0. (11)

Со с0

Отсюда видно, что регистрироваться будут только те метки потока, завихренность которых имеет ненулевую компоненту в направлении

магнитного поля. Для регистрации меток потока в виде крупномасштабных гидродинамических возмущений с завихренностью, ориентированной по направлению магнитного поля, предложено использование электродов, асимметрично расположенных относительно диаметра трубы, параллельного магнитному полю (а.с. 1340297).

Взаимная корреляционная функция индуцированных разностей потенциалов есть результат осреднения по объемам преобразователей взаимных корреляционных функций компонент пульсаций - актуальной скорости, взятых с весами, равными соответствующим компонентам весового вектора : ' ; "

^Цт0)=//^(О^^Кз^.Гг.То^Со^СоУ. (12)

СоСо

Следовательно, выбором мест расположения электродов, геометрии и

« V ! 4 "**

ориентации магнитной системы, определяющих вид пространственного распределения весового вектора \Л/, можно изменять вклад различных областей потока в формирование К(х0).

При расчете характеристик расходомеров (рис. 17-21) использовалось

двумерное приближение в задании весового вектора.

Для преобразователя с расположением электродов на концах диаметра, перпендикулярного магнитному полю, с ростом расстояния 1_ между двумя преобразователями (при фиксированном Р?е) величина максимума взаимной корреляционной функции индуцированных разностей потенциалов н(т0) уменьшается, уменьшается также острота максимума.

Рисунок 18. Зависимость величины максимума функции Р(т0) от I. для Яе = 3-104;3-105;3-106;3-107 .

Положение максимума, сдвинутое в сторону отрицательных значений временной задержки т0 (рис. 18), указывает на то, что метки потока переносятся в ядре течения. С уменьшением числа Рейнольдса Ке величина и острота максимума взаимной корреляционной функции индуцированных разностей потенциалов Я(т0) уменьшается, а положение максимума сдвигается в сторону отрицательных значений временной задержки х0, что является следствием вытягивания профиля осредненной скорости и расширения диапазона времен 1-/1^ переноса турбулентных вихрей (рис. 19). Для уменьшения влияния пристеночных пульсаций предложено использование более двух пар электродов в каждом сечении трубы (а.с. 1376714).

Общий вид взаимных корреляционных функций и характер их изменения с увеличением расстояния I. и числа Рейнольдса качественно совпадает с экспериментальными данными, полученными Адамовским Л.А., Головановым В.В. и др.

Величина максимума взаимной корреляционной функции индуцированных разностей потенциалов Я(-с0) от расстояния !_ между преобразователями (рис. 20) с увеличением Ре стремится к единице.

тах{Я(т0)}

Яе

10000

100000

1000000

10000000

Рисунок 20. Зависимость величины максимума функции Р*(т0) от Яе при

Ц/с1 = 1, 2, 3, 4. !

~—._.___.______.___._._____I

Расчетный калибровочный коэффициент ближе по значению к единице, чем калибровочный коэффициент ультразвукового корреляционного расходомера.

Рисунок 21. Расчетные калибровочные характеристики корреляционных расходомеров: электромагнитного и ультразвукового (пунктир).

Это объясняется тем, что в формировании 13(т0) в ультразвуковом

корреляционном расходомере участвуют корреляционные функции Ргг(г,,г2,1_,т0) при всех значениях радиусов.

В отличие от этого в электромагнитном корреляционном расходомере

член ИпДОдо-тЛ)1_—1пц, в выражении (6) для корреляционных функций ЗГ

^хх(г1'г2.1-До) ПРИ большом пространственном разнесении уменьшает корреляцию продольных составляющих пульсаций актуальной скорости в областях, близких к стенке.

Поэтому в формировании Я(т0) участвуют области течения в центре потока, мало отличающиеся друг от друга по скорости переноса. Монотонный характер изменения калибровочных зависимостей дает возможность переноса результатов калибровки расходомеров с малых значений Ре на большие. Это особенно актуально для измерения расхода жидких металлов в связи с отсутствием аттестованных стендов на большие числа Ре.

В четвертой главе изложены и обоснованы технические предложения по совершенствованию корреляционных расходомеров, приведены сведения о внедрении результатов работы.

Предложен корреляционный преобразователь расхода электропроводящей жидкости с расположением электродов в двух или большем числе точек, симметрично расположенных относительно диаметра, перпендикулярного магнитному полю. За счет такого выбора точек измерения удается исключить влияние пристеночных турбулентных пульсаций на точность измерения расхода.

Предложено использование коалесценции турбулентных вихрей в поперечном магнитном поле для формирования крупномасштабных меток потока при измерении расхода электропроводящей жидкости.

Предложено расположение электродов, симметричное относительно плоскости продольного сечения трубы, перпендикулярной магнитному полю, и асимметричное относительно плоскости продольного сечения трубы, параллельной магнитному полю, что позволяет регистрировать метки потока с

завихренностью, параллельной магнитному полю и иметь нулевую чувствительность к общерасходным пульсациям скорости.

Предложена адаптивная фильтрация сигналов преобразователей на основе расчетных взаимных спектров пульсаций актуальной скорости жидкости.

Предложены способы компенсации влияния общерасходной составляющей пульсаций актуальной скорости на показания корреляционного расходомера.

В Заключении перечислены новые научные результаты и положения, выдвигаемые автором для публичной защиты.

В Приложении содержатся документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Обзор литературы, приведенный в диссертации, показал актуальность и необходимость исследований в области корреляционных методов измерения расхода.

2. Для расчета и обоснования технических решений по совершенствованию корреляционных расходомеров разработана модель пространственно-временных корреляций пульсаций актуальной скорости развитого турбулентного течения в круглой трубе с пространственным разнесением по потоку порядка нескольких диаметров трубопровода.

3. Ограниченный учет сил вязкости и предположение о малости корреляций пульсаций скорости и давления обеспечивает качественное совпадение полученных теоретических и опубликованных экспериментальных результатов. Впервые установлено, что при развитом турбулентном течении в круглой трубе максимум пространственно-временной взаимной корреляционной функции пульсаций актуальных скоростей в двух точках течения, разнесенных в пространстве в осевом направлении, смещается по оси временных задержек на разность времени движения от одной точки до

другой со среднерасходной (т.е. осредненной по сечению трубы) скоростью и времени движения от одной точки до другой с локальной осредненной скоростью.

4. Разработана новая модель связи пульсационных гидродинамических характеристик потока (скорости жидкости, завихренности скорости и др.) с пульсацией выходного сигнала преобразователей корреляционных расходомеров.

5. Выбором пространственной геометрии конструкции преобразователя можно улучшить эффективность регистрации меток потока" и повышение точности измерения расхода. Для электризационных преобразователей необходимым условием регистрации меток потока является несоленоидальность произведения объемной плотности заряда на

напряженность виртуального электрического поля, а для" электромагнитных преобразователей - непотенциальность поля весового вектора преобразователя.

6. Решена задача о связи положения максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей и расхода жидкости. Расчеты калибровочных характеристик и других параметров расходомеров качественно соответствуют результатам проливных калибровок.

7. Взаимная корреляционная функция сигналов преобразователей, по положению максимума которой вычисляют расход, представляет собой функцию, полученную осреднением по объемам преобразователей взаимных корреляционных функций компонент пульсаций скорости, взятых с весами, равными соответствующим компонентам весового вектора. Для ультразвукового преобразователя весовым вектором будет единичный вектор, совпадающий с ультразвуковым лучом, для электризационного -произведение плотности электрического заряда на виртуальный электрический потенциал преобразователя, и для электромагнитного -векторное произведение индукции магнитного поля на плотность виртуального тока.

8. Предложены технические решения по совершенствованию корреляционного метода измерения расхода, защищенные шестью авторскими свидетельствами на изобретение, заключающиеся в:

- уменьшении влияния пристеночных пульсаций при измерении расхода электропроводящей жидкости путем использования первичных преобразователей, имеющих нулевую чувствительность к осесимметричному течению;

- использовании коалесценции вихрей при измерении расхода электропроводящей жидкости и асимметричного расположения электродов для регистрации коалесцированных вихрей;

- адаптивной фильтрации сигналов преобразователей;

- измерении расходов при пусковых процессах в гидравлической системе путем вычисления корреляционных функций осреднением по множеству реализаций процесса.

9. Технические решения внедрены в серийно выпускаемых (с 1994 года ю настоящее время) расходомерах, счетчиках, имитаторах и в проектно-ехнических решениях по узлам учета воды и тепловой энергии, что внесло начительный вклад в ускорение научно - технического прогресса.

10. Задачами дальнейших исследований являются изучение влияния 1естных сопротивлений до и после места установки корреляционных асходомеров на их показания, а также распространение полученных езультатов на неньютоновские жидкости.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Ватин H.H. Первичные преобразователи корреляционных асходомеров. - СПб.: Издательство СПбГТУ, 1999. - 28 с.

2. Ватин Н.И. Пространственно-временная корреляция пульсаций прости жидкости в развитом турбулентном течении в круглой трубе.'- СПб.: здательство СПбГТУ, 1999. 14 с.

3. Ватин Н.И., Куклин Д.Е. Моделирование течения жидкости в канале рреляционного расходомера. - СПб.: Издательство СПбГТУ, 1999. -18 с.

4. Ватин H.И. Весовой вектор кодукционного первичного преобразователя корреляционного расходомера II Магнитная гидродинамика. - 1985. - №3. - С. 120-124.

5. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Хазанов C.B. Корреляционный ультразвуковой расходомер - счетчик воды ДРК-М. - Измерительная техника, 1998, №7, С. 30-32.

6. Ватин Н.И., Михайлова Т.Н. Временной и пространственный масштабы продольных пульсаций скорости турбулентного течения в трубе II Изв. вузов. Энергетика. - 1989. - №4. - С. 110-112.

7. Ватин Н.И., Михайлова Т.Н. Вычисление взаимной корреляционной функции индуцированного потенциала для развитого турбулентного течения с осесимметричным профилем осредненной скорости // Магнитная гидродинамика.-1986,- №4.- С. 52-58.

8. Ватин Н.И., Кушнарева О.П. Развитие крупномасштабных гидродинамических возмущений в кольцевом канале корреляционного расходомера II Тр. ЛПИ / Ленингр. политехи, ин-т,- 1986,- № 415. - С. 65-67.

9. Ватин Н.И. Реализация ультразвукового корреляционного метода измерения для измерения расхода воды и тепловой энергии // Учет сырьевых и энергетических затрат / Интерэнерго. - М.,1996. - С. 36-43.

10. A.c. 1376714 СССР. Способ корреляционного измерения расхода / Адамовский Л.А., Ватин Н.И., Голованов В.В., Тананаев A.B.

11. A.c. 1374903 СССР. Устройство измерения пульсирующего расхода электропроводящих жидкостей / Адамовский Л.А., Ватин Н.И., Голованов В.В., Тананаев A.B., Чудов A.B.

12. A.c. 1070583 СССР. Устройство для измерения расхода электропроводящей жидкости /Ватин Н.И., Тананаев A.B., Чудов A.B.

13. A.c. 1075080 СССР. Корреляционный способ измерения расхода / Н.И. Ватин.

14. A.c. 1078249 СССР. Способ корреляционного измерения расхода электропроводящей жидкости / Ватин Н.И., Примин А.И., Тананаев A.B.

15. A.c. 1340297 СССР. Устройство измерения расхода электропроводящей жидкости / Ватин Н.И., Тананаев A.B., Чудов A.B.

16. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Хазанов C.B. О расчете результирующей погрешности узлов учета // Коммерческий учет энергоносителей / Междунар. центр экономики, науки и техники. - СПб, 1997,- С. 25-28.

17. Адамовский Л.А., Ватин Н.И. Электромагнитная регистрация гидродинамических меток потока II Двенадцатое Рижское совещание по магнитной гидродинамике : Тез. докл.- Рига, 1987. -Ч.4.- С. 191-194.

18. Ватин Н.И., Михайлова Т.Н. Статистическая взаимосвязь пульсаций индуцированного электрического потенциала при осесимметричном турбулентном течении // Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их решение : Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф., 28-29 янв. 1987 г. / Ленингр. политехи, ин-т. - Л., 1987. - С. 38-39.

19. Корреляционное измерение расхода теплоносителя в энергетических установках I Л.А. Адамовский, Н.И. Ватин, В.В. Голованов, А.В.Тананаев II Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их решение : Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф., 28-29 янв. 1987 г. / Ленингр. политехи, ин-т.- Л.,1987. - С. 38.

20. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Хазанов C.B. Особенности измерения расхода воды ультразвуковыми методами // Технология энергосбережения, строительство и эксплуатация инженерных систем. Материалы международной научно-практической конференции. 28-30 марта 2000 г. -СПб, Издательство СПбГТУ. - С. 57-58.

21. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Куркин А.Г., Хазанов C.B. Особенности измерения расхода воды ультразвуковыми методами II Научно-технические ведомости СПбГТУ. - СПб.: Издательство СПбГТУ, 2000. -№3Г С, -i-ÎO-J/6

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Ватин, Николай Иванович

Перечень условных обозначений

Введение—-.

1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования

1.1. Основные понятия и терминология

1.1.1. Статистический подход к описанию турбулентного течения

1.1.2. Интегральные характеристики потока

1.1.3. Локальные характеристики потока

1.2. Расходомеры и счетчики количества жидкости

1.2.1. Основные требования, предъявляемые к расходомерам и счетчикам

1.2.2. Разновидности приборов для измерения расхода и количества

1.3. Корреляционные расходомеры

1.3.1. Принцип действия

1.3.2. Погрешность измерения

1.3.2.1. Погрешности вычисления расхода по положению максимума взаимной корреляционной функции

1.3.2.2. Дополнительные источники погрешности

1.3.3. Различные варианты корреляционных расходомеров

1.4. Развитие меток потока в канале расходомера

1.4.1. Структура турбулентного потока

1.4.2. Модели турбулентного течения, оперирующие корреляциями—

1.4.3. Связь турбулентных пульсаций актуальной скорости жидкости с выходным сигналом для основных типов преобразователей расхода корреляционных расходомеров

1.4.3.1. Ультразвуковые преобразователи расхода—

1.4.3.2. Электризационные преобразователи корреляционных расходомеров

1.4.3.3. Кондукционные преобразователи расхода

1.5. Выводы по главе и постановка задачи исследования

2. Теоретический анализ корреляций пульсаций актуальных скоростей и пульсаций сигналов преобразователей.

2.1. Основные уравнения и числа подобия

2.1.1. Ультразвуковой корреляционный расходомер

2.1.2. Электризационный корреляционный расходомер

2.1.3. Электромагнитный корреляционный расходомер

2.2. Пространственно-временные взаимные корреляционные функции пульсаций актуальных скоростей жидкости

2.2.1. Положение максимума пространственно-временной взаимной корреляционной функции пульсаций актуальных скоростей на оси временной задержки

2.2.2. Зависимость корреляций от временного и пространственного разнесения

2.2.3. Взаимный спектр пульсаций актуальной скорости

2.2.4. Исходные данные для расчета пространственно-временных взаимных корреляционных функций

2.2.4.1. Профиль локальной осредненной скорости

2.2.4.2. Временной масштаб турбулентности

2.2.4.3. Корреляция при нулевом временном и пространственном разнесении

2.2.5. Примеры расчета пространственно-временных взаимных корреляционных функций

2.3. Выводы по главе

3. Связь положения максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей с параметрами потока

3.1. Связь турбулентных пульсаций актуальной скорости с выходным сигналом преобразователей

3.2. Предварительные замечания

3.3. Ультразвуковой корреляционный расходомер

3.3.1. Связь параметров потока со сдвигом фазы акустических колебаний

3.3.2. Расчет взаимных корреляционных функций сигналов преобразователей и калибровочной характеристики расходомера

3.4. Электризационный расходомер

3.4.1. Связь параметров потока с разностью индуцированных потенциалов

3.4.2. Условия регистрации гидродинамических меток потока

3.4.3. Связь взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей с параметрами потока

3.4.4. Случай равномерного распределения осредненной плотности заряда

3.4.5. Пример расчета калибровочной характеристики расходомера

3.5. Электромагнитный корреляционный расходомер

3.5.1. Связь пульсаций актуальной скорости с пульсациями индуцированного потенциала

3.5.2. Применимость безындукционного приближения для описания пульсаций индуцированного потенциала

3.5.3. Условия регистрации гидродинамических меток потока электромагнитным преобразователем

3.5.3.1. Направление магнитного поля

3.5.3.2. Устранение общерасходных пульсаций

3.5.3.3. Необходимое условие регистрации гидродинамических меток потока

3.5.3.4. Отсутствие достаточного условия регистрации гидродинамических меток потока

3.5.4. Положение максимума взаимной корреляционной функции—

3.5.5. Двумерное приближение

3.5.6. Расчет взаимных корреляционных функций сигналов преобразователей и калибровочной характеристики расходомера

3.6. Выводы по главе

4. Отдельные технические задачи, решаемые на основе предложенной модели

4.1. Предлагаемые технические решения

4.1.1. Уменьшение влияния общерасходных пульсаций при измерении расхода жидкости

4.1.2. Использование коалесценции при измерении расхода электропроводящей жидкости

4.1.3. Адаптивная фильтрация сигналов преобразователей

4.1.4. Измерение расходов при переходных процессах в гидравлической системе

4.2. Учет влияния отложений

4.2.1. Влияние отложений на показания традиционного ультразвукового расходомера

4.2.2. Влияние отложений на показание ультразвукового корреляционного расходомера

4.2.3. Меры предотвращения влияния отложений на показания расходомера

4.3. Ультразвуковой корреляционный расходомер ДРКМ

4.4. Объекты внедрения результатов работы

4.5. Выводы по главе

Введение 2000 год, диссертация по строительству, Ватин, Николай Иванович

В настоящее время переход к энергосберегающим и ресурсосберегающим технологиям в значительной степени определяет перспективы развития российской экономики и место России в мировом сообществе. Важность этой проблемы обусловлена необходимостью подъема общественной производительности труда с приближением ее к уровню промышленно развитых стран, а также возрастающей стоимостью минеральных и сырьевых ресурсов.

Измерение объемного или весового расхода (или количества) жидкости при ее напорном течении в трубопроводе имеет огромное народнохозяйственное значение как основа для обеспечения технологического учета в энергосберегающих и ресурсосберегающих технологиях и для проведения коммерческого расчета за потребляемые ресурсы. Народно - хозяйственное значение измерения расхода также и в том, что в промышленности, на транспорте расход жидкостей является одним из основных технологических параметров, контролирование которого обеспечивает управляемость производственных процессов. Примером является контроль объемного расхода теплоносителя в ядерных энергетических и технологических установках. В коммунальном хозяйстве измеренный расход жидкости лежит в основе расчетов за потребление воды, за водоотведение и за тепловую энергию. Решение этой проблемы достигается комплексом технических средств и организационных мероприятий на всех уровнях управления народным хозяйством.

Технические средства включают в себя расходомеры, счетчики количеств, приборы учета тепловой энергии.

Существующие расходомеры и счетчики количества можно условно разделить на четыре группы [Кремлевский, 1989]:

I. Приборы, основанные на гидродинамических методах. Сюда входят наиболее распространенные расходомеры переменного перепада давления, а также вихревые расходомеры.

II. Приборы с непрерывно движущимся телом (в том числе турбинные).

III. Приборы, основанные на различных физических явлениях: тепловые, электромагнитные, акустические, оптические, ядерно-магнитные, ионизационные.

IV. Приборы, основанные на особых методах: меточные, концентрационные, корреляционные.

Входящие в состав последней группы расходомеры, использующие относительно новые корреляционные методы измерения расхода, применяются для измерения расхода воды, нефтепродуктов, жидких металлов и проч. Корреляционные методы являются дальнейшим развитием метода меток потока. Метод меток [Кремлевский, 1989] заключается в создании в потоке некой метки, например, путем впрыскивания в поток малой дозы пассивной примеси и определении времени движения этой метки от одного измерительного сечения до другого.

Отличие корреляционного метода в следующем [Beck, 1981]. Роль метки играют все гидродинамические возмущения турбулентного потока. Скорости их перемещения определяются не детерминированным, а статистическим путем, по положению максимума взаимной корреляционной функции сигналов двух преобразователей, регистрирующих прохождение метки. Сигнал преобразователя представляет собой функционал, заданный на поле скоростей жидкости в трубопроводе. При правильной организации течения и конструкции преобразователя этот сигнал должен измениться во времени, регистрируя движение крупномасштабных гидродинамических возмущений.

С использованием лишь самых общих представлений о характеристиках и свойствах течения в канале расходомера были созданы серийно выпускаемые образцы корреляционных расходомеров-счетчиков.

Давнейшему развитию корреляционных методов измерения расхода препятствует:

- отсутствие теоретически установленных зависимостей между параметрами потока (распределение осредненной и пульсационной составляющих скоростей, среднерасходной скоростью и др.) и положением максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей;

- неизвестность статистической взаимосвязи пульсации актуальной скорости жидкости в удаленных друг от друга сечениях трубопровода при их разнесении на несколько диаметров;

- отсутствие рекомендаций по организации структуры течения в проточных частях расходомеров с заранее известными статистическими характеристиками;

- отсутствие рекомендаций по использованию информации о характеристиках потока для построения алгоритмов обработки сигналов.

Имеется большое количество публикаций, посвященных различным сторонам корреляционного метода измерения расхода. Описанные в литературе исследования корреляционных методов измерения расхода в большей степени относятся к изучению внешних характеристик расходомера как электронного устройства, без изучения сути гидравлических процессов в проточной части расходомеров.

С нашей точки зрения задача измерения, состоящая в зарождении и развитии меток потока, формировании измерительного сигнала, его обработки, получении и интерпретации результата измерения решается как методами метрологии и измерительной техники, так и методом технической механики жидкости (гидравлики) в ее разделах, относящихся к описанию турбулентных потоков. Опубликованные исследования течения в круглых трубах и в иных областях гидравлики не дают ответа на очень специфические вопросы, возникающие на путях усовершенствования корреляционных методов измерения расхода.

Цели работы заключались в разработке научных основ измерения расхода жидкости корреляционными методами, в выработке научно обоснованных технических решений, направленных на повышение точности и на расширение области применения корреляционных расходомеров и во внедрении этих технических решений.

1. Методическая основа анализа корреляционных расходомеров путем разбиения его на три подзадачи - анализ развития меток потока на измерительном участке трубопровода между двумя преобразователями расхода, анализ взаимосвязи флуктуации физических полей (акустического, электрического, магнитного) с гидродинамическими характеристиками течения в измерительном объеме одного преобразователя и заключительный анализ связи положения максимума взаимной корреляционной функции сигналов двух преобразователей с расходом жидкости.

Практическая ценность заключается в разработке, обосновании и внедрении технических решений по совершенствованию корреляционных методов измерения расхода, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения и существенно повышающих их эффективность. Работы по изучению гидравлики корреляционных расходомеров были начаты автором как ответ на возникавшие насущные народно-хозяйственные задачи и были доведены до серийного производства корреляционных расходомеров и их практического внедрения. Изложенные в работе научные результаты и технические решения внедрены в ЗАО «Флоукор» в серийно выпускаемых расходомере-счетчике корреляционном ДРК-М, зарегистрированном в Государственном реестре средств измерений (ГосРСИ) за № 14259-94, в счетчике корреляционном ультразвуковом ДРК-С, зарегистрированном в ГосРСИ за № 15269-96, в имитаторе расхода ИР-ДРК, зарегистрированном в ГосРСИ за № 15192-96, в проектно-технических решениях по узлам учета воды и тепловой энергии в северо-западном регионе РФ (Производственное, научно-исследовательское и проектно-конструкторское учреждение «Венчур», Санкт-Петербург); в системе учета сточных вод на Южных очистных сооружениях о. Белый (ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»); в узлах учета тепловой энергии ГП «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга», а также использованы в ряде других организаций.

Заключение диссертация на тему "Корреляционные методы измерения расхода жидкости"

4.5. Выводы по главе

Изложенные в главе результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Предложены технические решения по совершенствованию корреляционного метода измерения расхода, защищенные шестью авторскими свидетельствами на изобретение, заключающиеся в:

- адаптивной фильтрации сигналов преобразователей;

- измерении расходов при переходных процессах в гидравлической системе путем вычисления корреляционных функций осреднением по множеству реализаций процесса;

- оценке влияния отложений на показания ультразвуковых расходомеров на погрешность измерения, применении на малых и средних диаметрах (менее 200 мм) измерительных участков из нержавеющей стали или с качественным внутренним покрытием и обеспечение возможности контроля и очистки внутренней поверхности измерительного участка.

2. Предложенные технические решения и иные результаты работы использованы:

- в серийно выпускаемом расходомере-счетчике ДРКМ (ОАО «Флоукор», Москва);

- в проектно-технических решениях по узлам учета воды и тепловой энергии в северо-западном регионе РФ (Производственное, научно

165 исследовательское и проектно-конструкторское учреждение «Венчур», Санкт-Петербург);

- в системе учета сточных вод на Южных очистных сооружениях на о. Белый (ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», Санкт-Петербург);

- в узлах учета тепла ГП «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга», Санкт-Петербург.

3. Выполненные исследования и результаты практического внедрения показывают, что применение корреляционных методов измерения расхода является одним из приоритетных способов измерения расхода как основы для обеспечения технологического учета в энергосберегающих и ресурсосберегающих технологиях, для проведения коммерческого расчета за потребляемые ресурсы и для обеспечения необходимого уровня управляемости производственных процессов.

Заключение

Актуальность темы диссертационной работы определялось распространенностью измерения объемного расхода жидкости при ее напорном течении в трубопроводе. Измерение расхода необходимо для обеспечения как коммерческого расчета за потребляемые ресурсы, так и управляемости производственных процессов. Применение корреляционных расходомеров определяется целым рядом их достоинств:

- высокая помехозащищенность, нечувствительность к аддитивным помехам, «плаванию нуля», изменению передаточных характеристик преобразователей вследствие их старения;

- отсутствие механических движущихся частей;

- легкость обеспечения требований герметизации трубопровода и предотвращения утечек; возможность во многих случаях бесконтактного измерения, применения «накладных» схем и переносных приборов;

- низкая чувствительность к загрязненности измеряемой жидкости, включениям малых доз иной фазы измеряемой жидкости и т.п.

- возможность применения для измерения расхода загрязненных сред, многофазных потоков, расплавленных металлов;

- отсутствие потерь давления.

Научная проблема заключалась в необходимости разработки модели, адекватной рассматриваемым инженерным задачам корреляционного измерения расхода. В работе решались три следующие гидравлические задачи.

Первая задача состояла в разработке ориентированной на расчет корреляционных расходомеров модели развитого турбулентного течения в круглой трубе, оперирующей пространственно-временными корреляционными функциями пульсаций скорости с пространственным разнесением по потоку порядка нескольких диаметров трубопровода.

Вторая задача заключалась в анализе течения жидкости в преобразователей расхода, т.е. в устройстве, непосредственно воспринимающем измеряемый расход и преобразующем его в сигнал электрического тока или напряжения, удобный для дальнейшей корреляционной обработки. Описана связь пульсационных параметров турбулентного потока (актуальной скорости жидкости, завихренности скорости и др.) с пульсацией выходного сигнала первичных преобразователей и связь положения максимума взаимной корреляционной функции сигналов преобразователей с гидродинамическими характеристиками потока. Рассмотрены три основных типа преобразователей корреляционных расходомеров.

Для ультразвукового корреляционного расходомера уточнена связь пульсаций скорости жидкости (воды, сточных вод и т.п.) с пульсацией фазы проходящего через жидкость ультразвукового луча.

Для электризационного корреляционного расходомера разработана модель связи пульсаций скорости с пульсацией потенциала, зарядами, переносимыми турбулентными пульсациями жидкости со слабой электропроводностью (нефтепродукты и т.п.)

Для электромагнитного корреляционного расходомера разработана модель связи пульсаций актуальной скорости и завихренности скорости с пульсацией потенциала, индуцируемого на измерительных электродах при течении жидкостей с высокой электропроводностью (жидкие металлы и т.п.) во внешнем магнитном поле.

Третьей задачей была разработка технических решений для практической реализации предлагаемых модификаций корреляционного метода измерения расхода. Выполнены расчеты параметров корреляционных расходомеров.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

5. Выбором пространственной геометрии конструкции преобразователя можно улучшить эффективность регистрации меток потока и повышение точности измерения расхода. Для электризационных преобразователей необходимым условием регистрации меток потока является несоленоидальность произведения объемной плотности заряда на напряженность виртуального электрического поля, а для электромагнитных преобразователей - непотенциальность поля весового вектора преобразователя.

- использовании коалесценции вихрей при измерении расхода электропроводящей жидкости и асимметричного расположения электродов для регистрации коалесцированных вихрей:

- адаптивной фильтрации сигналов преобразователей; измерении расходов при пусковых процессах в гидравлической системе путем вычисления корреляционных функций осреднением по множеству реализаций процесса.

9. Технические решения защищены шестью авторскими свидетельствами на изобретение и внедрены:

- в серийно выпускаемых с 1994 года по настоящее время в ОАО «Флоукор», Москва расходомере-счетчике корреляционном ДРК-М, зарегистрированном в Государственном реестре средств измерений (ГосРСИ) за № 14259-94, в счетчике корреляционном ультразвуковом ДРК-С, зарегистрированном в ГосРСИ за № 15269-96, в имитаторе расхода ИР-ДРК, зарегистрированном в ГосРСИ за № 15192-96;

- в проектно-технических решениях по узлам учета воды и тепловой энергии в северо-западном регионе РФ (Производственное, научно-исследовательское и проектно-конструкторское учреждение «Венчур», Санкт-Петербург);

- в системе учета сточных вод на Южных очистных сооружениях о. Белый (ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», Санкт-Петербург);

- в узлах учета тепловой энергии ГП «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга» и в ряде других организаций, что внесло значительный вклад в ускорение научно - технического прогресса.

10. Задачами дальнейших исследований являются изучение влияния местных сопротивлений до и после места установки корреляционных расходомеров на их показания, а также распространение полученных результатов на неньютоновские жидкости.

Библиография Ватин, Николай Иванович, диссертация по теме Гидравлика и инженерная гидрология

1. Akatnov N.I., Bystrova Ye.N. Modelling of homogenous shear flows using the closed second order two-points correlation equations // Proc. 10th Internat, conf. "Fluxes and structures in fluid". St.Petersburg, 1999.10-12 June, pp. 3-4.

2. Alexandrov K.A. On correlation measurements on sodium coolant flowrate with magnetic sensors // Proc. of the IAEA spetialists meeting on sodium flow measurements in large LMFBR pipes, Bergish Gladbach. (FRG), 4-6 febr.1980).- 1980,- P. 138-144.

3. Beck M.S. Correlation in instruments: cross correlation flowmeters // J. Phus. E.: Sci. Instrum.-1981,- Vol. 14, № 1.-P. 7-19.

4. Bentley P.G., Dawson D.G. Fluid frow measurement by transit time analysis of temperature fluctuations // Trans. Soc. Instrum. Technology.- 1966,- Vol. 18, №3,- P. 183-193.

5. Boumans A.A. Streaming currents in turbulent flows and metal capillares.-Physica, 1957, vol. 23, 3. 1007-1055.

6. Butterfield M.H., Bryant G.F., Dowsing Y. A new method of strip speed measurement using random waveform correlation II Trans. Soc. Instrum. Technology.- 1977,-Vol. 13, june.-P.111-123.

7. Bevir M.K. The theory of induced voltage etectromagnetic flowmeters // J.Fluid Mech.-1970.- Vol. 43, pt. 3,- P. 577-590.

8. Chandrasekhar S. A theory of turbulence II Proc. Roy. Soc. A.-1955.-Vol. 229, № 1176,- P.1-19.

9. Chandrasekhar S. Theory of turbulence // Phys. Rev.- 1956.- Vol. 102, №4,- P.941-952.

10. Comte-Bellot G., Sabot J., Saleh ' Detection of intermittent events maintaining Reynolds stress. // Proc. of the Dynamic Flow Conf., 1978,- P. 326341.

11. Coulthard S., Keech R.P. Multichannel correlation applied to the measurement of fluid flow// Int. Conf. Adv. Flow Meas. Tech., (Warvic, sept. 9-11, 1981). Bedford, 1981,- P. 253- 266.

12. Favre A.J., Gaviglio J.J, Dumas R. J. Further space time corretations of velocity in a turbulent boundary layer // J.Fluid Mech.-1958.- Vol.3, pt.4.- P. 344356.

13. Fisher M.J., Davies P.O.A.L. Corretation measurements in a non-frozen pattern of turbulence//J. Fluid Mech.-1964.- Vol.18, pt.1.-P. 97-116.

14. Hayes A.M., Musgrave G. Correlator design for flow measurement // The Radio and Electronic Engineer.- 1973,- Vol. 43. №6,- P. 363-369.

15. Kaghazchi В., Beck M.S. Remote level and velocity measurement of rives and open channals by analysis of random sygnals from surface waves // IEEE Conf. Publ.-1977.- №159,- P.101-107.

16. Kovasznay L. Large scale structure in turbulence: a question or an answer? // Lech. Notes Phys.- 1978,- Vol. 75. № 187,- P. 1-18.

17. Kovasznay L.S.G., Kibens V., BlacKwelder R.F. Large-scale motion in the intermittent region of a turbulent boundary ayer // J. Fluid Mech.- 1970.- Vol. 41, pt. 2,-P. 283-325.

18. Laufer J. The structure of turbulence in fully developed pipe flow. NACA Rep., 1174, 1954, P. 1-18.

19. Lin C.C. On Taylor's hypothesis and the acceleration terms in the Navier-Stokes equations II Quart. Appl. Math.-1953,- Vol.10, № 4,- P. 295-306.

20. Llewellyn G.J. Development of an instrument for measuring volcanic jet velocity // Proc. 7th IMEKO Congr.- London, 1976,- Vol. 11.- P. 2471-2476.

21. Lumlej J.L. Jnterpretation of Time Spectra Measured in High Intensity Shear Flows // Phys. Fluids.- 1965,- Vol. 8, № 6- P.1056-1062.

22. Mesch F., Daucher H., Fritsche R., Geschwindigkeitsmessunq mit Korrelations verfahren // Messetechnik.-1979.-Bd 79, № 7,- S. 152-157.

23. Nakagawa Toshio, Matsushita Shigeteda // Keuco, Instrumentation.-1982,-Vol.25, № 11,-P. 39-42.

24. Ong K.M. Beck M.S. Slurry flow velocity, concentration and particle size measurement using flow noise and correlation techniques // Meas. and Cont.-1975, Vol. 8,- P. 453-462.

25. Ong K.H., Beck M.S. Slurry flow velocity, concentration and particle size measurement using flow noise and correlation techniques // Meas. and Cont.-1975,- Vol. 8, № 10,- P. 453-463.

26. Particle velocity and Mass Flow Measurement in Pneumatic Conveyors./ M.S. Beck, J. Drane, A. Plaskowski, N. Wainwright // Powder Technology.- 1969.-Vol. 2, № 5,- P. 269-277.

27. Patris A.C., Forster G.A. A signal analysis method using cross-corretation of turbulence flow signals to determine calibration of permanent magnet Sodium flowmeters // IEEE Trans. NmcI. Sei.- 1978,-Vol. NS-25, № 1,- P. 278-281.

28. Reynolds O. On the dynamic theory of incompressible viscous fluids and the determination of the criterion // Phyl. Trans. Roy. Soc.-1994.- Vol.183.- P. 123161.

29. Sabot J. Etude de la coherence spatiale et temporelle de la turbulence etablie en conduite circulaire: D.-es-Sci. these / L'universite Claude Bernard de.-Lyon, 1976,- 110 p.

30. Sabot J., Comte-Bellot G. Intermittency of coherent structures in the core region of fully developed turbulent pipe flow // J. Fluid Mech.- 1976,- Vol. 74, pt. 4.-P.767-796.

31. Sabot J., Saleh I., Comte-Bellot G. Effect of rounghness of the intermittent maintenance of Reynolds shear stress in pipe flow // Phys. Fluids.-1977,- №10, pt. 2,- P. 150-155.

32. Sommeria J. Tendence a la bidimen sionalite de la turbulence MHD: Doct. These / Univers, et Int. Politehn.- Grenoble, 1980,- 118 p.

33. Taylor G.I. The spectrum of turbulence // Proc. Roy. Soc. А.-1938,-Vol.164.-P. 476.

34. Thatcher C., Bentley P.G., Mc. Gonical G. Sodium flow measurement in PFR // Nuclear Eng. Int.- 1970,- Vol. 15, № 172.- P. 822-825.

35. Ultrasonic in flow measurements / P.C.Saxena, S.R.Gaikwad, K. Nandakumar, M.J. Khirjelar // Int. Conf. and Exhib. Ultrason. (18-20 july 1980).-1980,- P. 24-30.

36. Vita V.D. Flatcher F.L. US large pipe sodium test experience // Proc. of the IAEA spetialists meeting on sodium flow measurements in large LMFBR pipes, Bergish Gladbach.( FRG), 4-6febr. 1980,- 1980,- P. 35-44.

37. Zaman K.B.M.Q., Hussain A.K.M.F. Taylor hypothesis and large-scale coherent structures // J.Fluid Mech.-1981. Vol.112, Novembre.- P. 379-396.

38. A.c. 794379 СССР. Корреляционный способ измерений расхода электропроводной жидкости / К.А. Александров, В.А. Афанасьев, В.В. Голованов, Б.В. Кебадзе.

39. А.с. 890251 СССР, МКИ G01P3/64. Корреляционный измеритель скорости / В.И. Бартенев

40. А.с. 1070583 СССР. Устройство для измерения расхода электропроводящей жидкости / Н.И. Ватин, А.В. Тананаев, А.В. Чудов.

41. А.с. 1075080 СССР. Корреляционный способ измерения расхода / Н.И. Ватин.

42. A.c. 1078249 СССР. Способ корреляционного измерения расхода электропроводящей жидкости / Ватин Н.И., Примин А.И., Тананаев A.B. -опубл. 07.03.84 БИ №9.

43. A.c. 1078249 СССР. Способ корреляционного измерения расхода электропроводящей жидкости / Н.И. Ватин, А.И. Примин, A.B. Тананаев.

44. A.c. 11122333 СССР. Электромагнитный преобразователь для регистрации турбулентных структур в потоке электропроводящей жидкости (его варианты) / Л.А. Адамовский, В.В. Голованов.

45. A.c. 1340297 СССР. Устройство измерения расхода электропроводящей жидкости / Ватин Н.И., Тананаев A.B., Чудов A.B. -зарегистр. 15.11.83.

46. A.c. 1374903 СССР. Устройство измерения пульсирующего расхода электропроводящих жидкостей / Адамовский Л.А., Ватин Н.И., Голованов В.В., Тананаев A.B., Чудов A.B. зарегистр. 15.10.87.

47. A.c. 1376714 СССР. Способ корреляционного измерения расхода / Адамовский Л.А., Ватин Н.И., Голованов В.В., Тананаев A.B. зарегистр. 16.10.87.

48. A.c. 489944 СССР. Способ измерения расхода жидкостей ионной проводимости / Г. Г.Гуревич, Ю. А.Ярмола, Г. Х.Кирштейн.

49. A.c. 710004 СССР, МКИ G01P5/18. Способ измерения скорости потока / А.И.Могильнер, С.А.Морозов, С.Н.Ковтун и др.

50. A.c. 900189 СССР, МКИ G01P3/64. Корреляционный измеритель скорости / В.А.Ржевкин, В.П.Некрасов, Ю.Н.Агеев.

51. Адамовский Л.А., Александров К.А., Голованов В.В. Методы и средства измерения расхода натриевого теплоносителя в энергетическихбыстрых натриевых реакторах: Обзор / НИИ атомных реакторов. -Димитровград, 1982. 59 с.

52. Адамовский Л.А., Ватин Н.И. Электромагнитная регистрация гидродинамических меток потока // Двенадцатое Рижское совещание по магнитной гидродинамике: Тез. докл.- Рига, 1987. -Ч.4.- С. 191-194.

53. Адамовский Л.А., Голованов В.В. Методы и средства измерения расхода натриевого теплоносителя // IX Таллинское совещание по электромагнитным расходомерам: Тез. докл. / Таллин, политехи, ин-т.-Таллин,- 1982,- С.9-10.

54. Адамовский Л.А., Голованов В.В. Натриевый метрологический расходомерный стенд // IX Таллинское совещание по электромагнитным расходомерам: Тез. докл. / Таллин, политехи, ин-т.- Таллин, 1982.- С.92-94.

55. Адамовский Л.А., Голованов В.В., Инкин Ю.Н. О двух характерных масштабах турбулентных меток потока, регистрируемых электромагнитными преобразователями корреляционного расходомера // Магнитная гидродинамика,- 1985,- № 2,- С. 124 129.

56. Адамовский Л.А., Кебадзе Б.В. Идентификация флуктуационной составляющей сигнала электромагнитного расходомера // IX Таллинское совещание по электромагнитным расходомерам:Тез. докл. / Таллин, политехи, ин-т.- Таллин, 1982.- С.66-68.

57. Акатнов Н.И., Быстрова Е.Н. Расчеты некоторых характеристик однородной турбулентности на основе уравнения Кармана-Ховарта, замкнутого посредством полуэмпеирической модели // ТВТ, 1999, № 6, с. 865873.

58. Алексеев М.И., Карамзинов Ф.В., Курганов A.M. Гидравлический расчет сетей водоотведения. СПб: СПбГАСУ. - 1997. -127 с.

59. Бирюков Б.В., Данилов М.А., Кивилис С.С. Точные измерения расхода жидкостей. М.: Машиностроение, 1977. - 144 с.

60. Боланд Д.А. Приборы контроля ядерных реакторов (внутризонные).- М.: Атомиздат, 1973. 431 с.

61. Боченинский В.П., Ватин Н.И., Шмаров B.C. Результаты исследования переходных процессов в жидкометаллических контурах с МГД-насосами // Тр. ЛПИ / Ленингр. политехи, ин-т,-1981. № 374,- С. 20-22.

62. Быстрова E.H. Использование обобщенного уравнения Кармана-Ховарта для расчета турбулентных сдвиговых течений // научно-техническая конференция «Фундаментальные исследования в технических университетах». Тез. докл., СПб, 1997, С. 265-266.

63. Васильев О.Ф. Основы механики винтовых и циркуляционных потоков. М.:Госэнергоиздат. - 1958. - 144 с.

64. Ватин Н.И. Весовой вектор кодукционного первичного преобразователя корреляционного расходомера // Магнитная гидродинамика.- 1985. №3. - С. 120-124.

65. Ватин Н.И. Первичные преобразователи корреляционных расходомеров. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1999. - 28 с.

66. Ватин Н.И. Реализация ультразвукового корреляционного метода измерения для измерения расхода воды и тепловой энергии // Учет сырьевых и энергетических затрат / Интерэнерго. М.,1996. - С. 36-43.

67. Ватин Н.И. Система автоматизации эксперимента // Труды Ленинградского политехнического института. № 361. Л.- 1978. - С. 62-63.

68. Ватин Н.И., Куклин Д.Е. Моделирование течения жидкости в канале корреляционного расходомера. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1999. - 18 с.

69. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Куркин А.Г., Хазанов C.B. Особенности измерения расхода воды ультразвуковыми методами. Научно-технические ведомости СПбГТУ, 2000, №2, С.

70. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Хазанов C.B. Корреляционный ультразвуковой расходомер счетчик воды ДРК-М. - Измерительная техника, 1998, №7, С. 30-32.

71. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Хазанов C.B. О расчете результирующей погрешности узлов учета. В кн.: Коммерческий учет энергоносителей. СПб, 1997, Междунар. центр экономики, науки и техники. С. 25-28.

72. Ватин Н.И., Куклин Д.Е., Куркин А.Г., Хазанов C.B. Особенности измерения расхода воды ультразвуковыми методами // Научно-технические ведомости СПбГТУ. СПб.: Издательство СПбГТУ, 2000. -№3, С.110-113.

73. Ватин Н.И., Кушнарева О.П. Развитие крупномасштабных гидродинамических возмущений в кольцевом канале корреляционного расходомера // Тр. ЛПИ / Ленингр. политехи, ин-т,- 1986,- № 415. С. 65-67.

74. Ватин Н.И., Михайлова Т.Н. Временной и пространственный масштабы продальных пульсаций скорости турбулентного течения в трубе // Изв. вузов. Энергетика. 1989. - №4. - С. 110-112.

75. Ватин Н.И., Михайлова Т.Н. Вычисление взаимной корреляционной функции индуцированного потенциала для развитого турбулентного течения с осесимметричным профилем осредненной скорости // Магнитная гидродинамика.-1986.- №4,- С. 52-58.

76. Ватин Н.И., Примин А.И., Седова И.Г. Измерение расхода на основе определения скорости перемещения случайно распределенных неоднородностей потока; Ленингр. политехи, ин-т.- Л., 1984.- 48 е.- Деп. в ВИНИТИ 15.06.84, № 3965-84.

77. Ватин Н.И., Примин А.И., Седова И.Г. Измерение расхода на основе определения скорости случайно распределенных неоднородностей потока / Ленингр. политехи, ин-т,- Л.,1983,- 49 е.- Деп. в ВИНИТИ, № 3965.

78. Ватин Н.И., Тананаев A.B. Воздействие поперечного магнитного поля на развитие крупномасштабных гидродинамических возмущений в трубе // Магнитная гидродинамика.-1985,- №4.- С. 22-28.

79. Ватин Н.И., Тананаев A.B., Чудов A.B. Автоматизированная система научных исследований МГД-течений // Экспериментальные методы и аппаратура для исследования турбулентности: Тез. докл. IV Всесоюз. совещ. / Ин-т теплофизики,- Новосибирск, 1981,- С. 49-50.

80. Ватин Н.И., Тананаев A.B., Чудов A.B. Типовая проблемно-ориентированная АСНИ гидро- и газодинамических процессов //

81. Автоматизация проектирования гидроэнергетических и водохозяйственных )бъектов: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф., май 1983.- Л., 1983,- С. 78-79.

82. Влияние поперечного магнитного поля на возмущение скорости за эбтекаемым электролитом круглым цилиндром / Г.Г.Брановер, Ю.М. "ельфгат, С.В.Турунтаев, А.Б. Цинобер // Магнитная гидродинамика,- 1969,-\l° 3,- С. 63-68.

83. Гидравлические исследования и расчет трубопроводных систем, каналов и портовых сооружений / Ред. Мишуев A.B.,- М.:МИСИ. 1987. - 150г» Ls.

84. Гиргидов А.Д. Техническая механика жидкости и газа. СПб., СПбГТУ. - 1999. -394 1980 с.

85. Гиргидов А.Д. Турбулентная диффузия с конечной скоростью. -СПб., СПбГТУ. 1996. -260 с.

86. Голованов В.В., Кебадзе Б.В. Об определении особенностей структуры жидкометаллического потока методом статистической обработки сигналов магнитных расходомеров // Магнитная гидродинамика,- 1979,- № 4,-С. 123-128.

87. ГОСТ 15528-86. Средства измерения расхода, объема или массы протекающей жидкости.

88. ГОСТ 8.207-76. Прямое измерение с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.

89. Гринберг Г. А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1948. - 728 с.

90. Гуревич Г.Г., Кирштейн Г.Х., Ярмола Ю.А. Измерение расхода жидкостей с низкой электропроводностью корреляционным методом // Магнитная гидродинамика.-1981.- № 2.- С. 121-125.

91. Ибрагимов М.Х., Субботин В.И., Таранов Г.С. Пульсации скорости, температуры и их корреляционные связи при турбулентном течении воздуха в трубе. Инж.-физ. журн., 1970, т.19, №6, с.1060-1069.

92. Иванов О.И. Исследование электродинамического меточного преобразователя расхода диэлектрических жидкостей / Ленингр. политехи, ин-т,-Л.,1974. 160 с.

93. Измерение осредненных характеристик турбулентных потоков / Н.И. Ватин, А.И. Примин, А.Г. Ряйсянен, A.B. Чудов; Ленингр. политехи, ин-т. Л., 1984. -12 с. - Деп. в ВИНИТИ, № 6729-84.

94. Измерение расхода методом корреляции случайных сигналов термопар в контурах с естественной циркуляцией теплоносителя / В.М. Селиванов, А.Д.Мартынов, Ю.А.Сергеев и др. // Атомная энергия.-1977,- Т.42, вып. 1,- С. 49-52.

95. Измерительный генератор случайных процессов ГСП/2. Информационный листок / Ленингр. электротехн. ин-т, Л., 1974.

96. Изучение воздействия магнитного поля на развитие крупномасштабных возмущений: Отчет о НИР / Ленингр. политехи, ин-т; Руководитель A.B. Тананаев.- № ГР 0182.0082399; Инв. № 0283.0041612. Л., 1983. - 100 с.

97. Исследование воздействия магнитного поля на возмущения в следе за цилиндром с помощью кондукционного анемометра / Трунтаев С.Б. и др. -Магнитная гидродинамика, 1970, № 3, с. 35-40).

98. Карасев В.Н. Независимость показаний электромагнитных расходомеров от местных сопротивлений // Измерительная техника. 1969. -№5.-С. 107-108.

99. Кирштейн Г.Х., Квасневский И.П. Измерение расхода жидких металлов // Магнитная гидродинамика.-1981.- № 2,- С. 57-78.

100. Конт-Белло Ж. Турбулентное течение в канале с параллельными стенками / Пер. с фр,- М.: Мир. 1968,- 176 с.

101. Корреляционные измерения расхода натрия с помощью магнитных датчиков / Б.В. Кебадзе, Н.В. Краснояров, Л.А. Адамовский и др. // Атомная энергия.-1978.-Т. 45, вып. 1.-С. 30-35.

102. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количеств. Л.: Машиностроение, 1989. - 701 с.

103. Курганов A.M. Водозаборные сооружения систем коммунального водоснабжения. СПб. - 1998. - 226 с.

104. Курганов A.M., Федоров Н.Ф. Гидравлические систем водоснабжения и водоотведения. Л.:Стройиздат. - 1986. -440 с.

105. Лийв У.Р. Теоретические и экспериментальные основы расчета напорного ускоренного движения жидкости в цилиндрических трубах. Дисс. . д.т.н. Таллин. - 1983. - 301 с.

106. Логинов Н.И. Электромагнитные преобразователи расхода жидких металлов. М.: Энергоиздат, 1981. - 102 с.

107. Математическая модель корреляционного расходомера с осесимметричным профилем осредненной скорости: Отчет о НИР / Ленингр. политехи, ин-т; Руководитель A.B. Тананаев.- № ГР 0184.0086104; Инв. № 0285.0066133. Л., 1985. - 39 с.

108. Методы экспериментального изучения явления перемежаемости / И.Л. Повх, А.Д. Тищенко, Г.М. Агафонов, Н.Т. Киреев // Механика турбулентных потоков.- М., 1980.- С. 238-247.

109. Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. 4.1 .Механика турбулентности. М.: Наука, 1965.- 639 с.

110. Натриевый метрологический стенд для исследования точности корреляционных методов измерения расхода / Л.А. Адамовский, В.В. Голованов, Б.В. Кебадзе, В.А. Афанасьев. Димитровград, 1981. - 16 с. -(Препр. / НИИ атомных реакторов НИИАР-58 (511).

111. Неизотермическое течение газа в трубах / Ред. О.Ф.Васильев -Новосибирск: Наука. 1978. -127 с.

112. Нестационарные явления при работе МГД-насосов в жидкометаллических контурах / Н.И. Ватин, Ю.Б. Емелин, А.В.Тананаев и др. // Десятое Рижское совещание по магнитной гидродинамике: Тез. докл.-Рига.1981. -Ч.2.- С. 89-90.

113. Опыт корреляционных измерений расхода натрия на установке БН-600 / Л.А. Адамовский, В.Г. Высоцкий, В.В. Голованов и др. // Атомная энергия.-1983.-Т. 54, вып. 2.- С. 100-103.

114. Организация дисплейного терминала в системе автоматизации эксперимента / Н.И. Ватин, Г.Т. Дадиомова, А.И. Примин, A.B. Чудов; Ленингр. политехи, ин-т,- Л., 1980. -7 с. Деп. в ВИНИТИ, № 4153-82.

115. Осредненная структура турбулентного течения в окрестности диафрагмы в круглой гидравлически гладкой трубе: Отчет о НИР / Ленингр. политехи, ин-т; Руководитель A.B. Тананаев; № ГР0183.0072271. Л., 1984, -57 с.

116. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга. СПб: Строииздат. - 1999. - 424 с.

117. Пат. 4201083 США, МКИ G01P5/18, G01F1/70. Velocity detecting apparatus / Y.Kurita, Y.Shibata; Jokogawa Electric Works; НКИ73/194Е; 324/160; 364/510.

118. Павловский H.H. Собрание соч. T.1. M.: Изд. АН СССР. - 1955. -548 с.

119. Панчев С. Случайные функции и турбулентность. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 446 с.

120. Пат. 2632042 ФРГ. Verfahren und Einrichtung zum Messen der Stromuggschwindigkeit und des Gasvolumenantteis eines Flussigmetallstromes / St. Muller; Kernforschunds Zentrum, Karlsruhe ( GmbH ).

121. Пат. 3595078 США, МКИ G01F1/00. Powder flow measurement / M.S.Beck, A. Plaskowski; Nat. Research Development Corp.; НКИ 73/194F.

122. Пат. 3762221 США, MKMGOIFI/OO;.Measurements of fluid flow rates I J.Coulthard; НКИ73/194Е, 235/151.34, 235/181.

123. Пат. 3789663 США, МКИ G01F1/00. Apparatus for measuring the flow velocity of fluid with in a conduit / Stephen j Gold.; НКИ 73/194C.

124. Пат. 3813939 США, МКИ G01P5/08, G01P5/18. Tag sensing flowmeters / V.P.Head; Fischer & porter Co.

125. Пат. 3844170 США, МКИ G01F1/00; 73/194E, 235/151.34. Flow velocity measurement I D.L. Critten.

126. Пат. 3967500 США, МКИ G01F1/58. Magnetic transit time flowmeter / G.A.Forster; US Energy Research & pevelopment Administration.; НКИ 73/194EM, 73/194E.

127. Пат. 53-41990 Япония, МКИ G01P3/64. Устройство измерения скорости корреляционного типа / К.К.Оно; Сокки сэйсакусе.

128. Пат. 55-6869 Япония, МКИ G01P5/18. Корреляционный измеритель потока жидкости / Ито Кимицугу; К.К. Токе кэйки.

129. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974. - 480 с.

130. Рейнольде А. Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. М.: Энергия, 1979. - 408 с.

131. Система автоматизации эксперимента на основе ЭВМ "Электроника К-200" / А.В.Тананаев, В.П.Боченинский, Н. И. Ватин, А.В.Чудов // Экспериментальные методы и аппаратура для исследования турбулентности:

132. Материалы III Всесоюз. совещ., 10-12 окт. 1979 г. / Ин-т теплофизики,-Новосибирск, 1980,- С.161-165.

133. Создание энергокавитационного МГД-стенда и исследование кавитационных характеристик МГД-машин. Отчет /Ленингр. политехнич. ин-т. Научн. руковод. Тананаев A.B. -Тема 6348; Инв. № Б 212483. Л., 1972. - 172 с.

134. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах / M. X. Ибрагимов, В. И. Субботин, В. П. Бобков и др.- М.: Атомиздат, 1978.296 с.

135. Тананаев A.B. Гидравлика МГД-машин. М.: Атомиздат, 1970. - 271с.

136. Тананаев A.B. Течение в каналах МГД-устройств. М.:Атомиздат, 1979.-364 с.

137. Течение в каналах корреляционных измерителей расхода жидкости / Л .А. Адамовский, Н.И. Ватин, В.В. Голованов и др.; Ленингр. политехи, ин-т,-Л.,1983.- 62 е.- Деп. в ВИНИТИ, № 405-85.

138. Типовая проблемно-ориентированная АСНИ. Разработка технического задания / Е.Г. Васнина, Н.И. Ватин, Г.Т. Дадиомова, П.М. Стукалов, A.B. Тананаев, А.В.Чудов; Ленингр. политехи, ин-т. Л., 1982. - 36 с. -Деп. в ВИНИТИ 14.04.83, №1977-83.

139. Фавр А. Пространственные и временные корреляции в турбулентных потоках жидкости // Механика: 2 (90). М.: Мир с. 70-99.

140. Федоров Н.Ф. Новые исследования и гидравлический расчет канализационных сетей. Л.:Строииздат. - 1964. - 320 с.

141. Федоров Н.Ф. Справочник по водоснабжению и канализации. Л.:Госстройиздат. 1959. - 411 с.

142. Цветков Э.И. Основы теории статистических измерений,- Л.: Энергия, 1979, 283 с.

143. Чугаев P.P. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982. - 672 с.187

144. Шерклиф Дж.А. Исследования по магнитной гидродинамике и электромагнитному измерению расхода, проводимые в Уорвикском университете (Англия) // Магнитная гидродинамика,- 1967 № 4.- С. 17-23.

145. Шерклиф Дж.А. Теория электромагнитного измерения расхода. М.: Мир, 1965.-268 с.

146. Экспериментальное изучение переходных процессов в МГД-машинах / Б.Е. Аксенов, В.П. Боченинский, Н.И. Ватин, Н.Г. Гонцов и др. // Девятое Рижское совещание по магнитной гидродинамике. Рига, 1978,- Т.2.-С.

147. Якубенко А.Е. Измерение расход, жидкости в трубе магнитогидродинамическим методом // ПМТФ,- 1964.- №5.- С. 151-154.

148. Ярмола Ю.А. Корреляционный расходомер слабопроводящих сред с рассчитываемой градуировочной характеристикой // Магнитная гидродинамика.-1981- № 4 С.115-119.

149. Яковлев C.B., Ласков Ю.М. Канализация. М.:Строиздат. - 1987. -319 с.1. ЗАО «Флоукор»127521, Москва, ул. Шереметьевская, д.47

150. В ведущихся настоящее время в ЗАО «Флоукор» разработках нового усовершенствованного корреляционного ультразвукового расходомера-счетчика.

Похожие работы

Строительство
05.23.00