- Le LiuXing, Innealtóir Sinsearach um Thomhas Sreafa a bhfuil 15+ bliain taithí aige ar T&F sreabhmhéadar ultrasonaic,
deimhnithe in anailís CFD (ANSYS Líofa Professional)
Luach Innealtóireachta Insamhladh Struchtúr Píblíne Méadar Sreafa Méadar Sreabhadh Ultrasonach
Cén fáth a bhfuil Teicneolaíocht Insamhladh ag Teastáil?
In innealtóireacht phraiticiúil, feidhmíocht an chur isteachméadar sreabhadh ultrasonaictionchar suntasach ag coinníollacha píblíne. Braitheann modhanna traidisiúnta ar dhífhabhtú suímh arís agus arís eile, rud a bhíonn costasach ní hamháin ach d’fhéadfadh go nochtfadh sé lochtanna dearaidh go dtí tar éis coimisiúnaithe. D'athraigh tabhairt isteach na teicneolaíochta insamhalta an staid seo, rud a chuir ar chumas innealtóirí fadhbanna féideartha a aithint agus a réiteach ag an gcéim deartha.
Is é an luach lárnach atá aige ná: “costais thrialach agus earráide” a aistriú ón réimse go ríomhairí, agus ríomhanna uimhriúla a chur in ionad trialacha fisiceacha costasacha.
Sé Mhórfhadhb Innealtóireachta Réitithe trí Insamhladh
Conas Seasamh Tóraithe a Chinneadh
Ní dháiltear treoluas sreafa i bpíblínte go haonfhoirmeach. Cruthaíonn uillinneacha agus comhlaí gutaí áitiúla, agus beidh léamha saobhadh mar thoradh ar shuiteálacha tóireadóirí sna ceantair seo. Úsáideann innealtóirí ríomhaireachtaí meicniúla sreabháin chun veicteoirí treoluas a léirshamhlú ag gach pointe den phíblíne, agus ar an gcaoi sin roghnaíonn siad tras-réimsí sreafa réasúnta cobhsaí le suiteáil braiteora, rud atá riachtanach chun fachtóir ceartúcháin próifíle sreafa (FPCF) a chinneadh go beacht.
Léiríonn an cleachtas: athróidh difríochtaí beaga in uillinn claonta an probe (ag an leibhéal 5 céim) an staid sreafa sa limistéar tomhais. Tá sé beagnach praiticiúil i dturgnaimh fhisiceacha tástáil chórasach a dhéanamh ar chumraíochtaí iluillinne chun an réiteach a aimsiú le hearráid íosta, ach is féidir anailís ríomhaireachtúil a chríochnú laistigh de laethanta agus cuntas á dhéanamh ar éifeachtaí protrusion trasducer agus cuasaithe.
Cá bhfuil an Bolg Cruinneas
Braitheann tomhas ultrasonaic ar an bprionsabal "difríocht ama", agus bíonn tionchar ag athruithe ar pharaiméadair sreabhach (teocht, brú, comhdhéanamh) ar an treoluas fuaime. Tá sé deacair foirmlí simplí eimpíreacha na coinníollacha oibriúcháin go léir a chlúdach, go háirithe nuair a chomhlíonann siad ceanglais chruinneas aistrithe coimeádta.
Bunaíonn insamhalta an gaol mapála idir paraiméadair ionchuir agus diall tomhais trí anailís spleáchais uimhreacha Reynolds. Mar shampla, nuair a athraíonn teocht an tsreabháin ±10 céim, cé mhéad a athraíonn treoluas fuaime? Conas a dhéantar earráid sreafa den athrú seo? Leis na sonraí cainníochtúla seo, is féidir halgartaim cúitimh teochta éifeachtacha a dhearadh.
Conas Stáit Sreafa Coimpléascacha a Láimhseáil
Is annamh a bhíonn an tsamhail sreabhadh laminar i téacsleabhair le feiceáil i bpíblínte iarbhír. Cruthaíonn suaiteacht, sreabhadh tánaisteach, agus fiú sreabhadh gáis leachta dhá chéim go n-imíonn próifílí treoluas go mór ó stáit idéalacha. Is féidir le Dinimic Sreabhán Ríomhaireachta (CFD) na feiniméin chasta seo a atáirgeadh. Léiríonn cásanna innealtóireachta: tá skewness suntasach treoluas fós ann 15 trastomhais píopa le sruth ó lúb áirithe 90-céim. Gan é seo a thuiscint, d'fhéadfadh sreabhadh a ríomhtar de réir na mbonn tuisceana maidir le réimse sreafa caighdeánach imeacht roinnt pointí céatadáin, go háirithe ag cur isteach ar ultrasonaic ilbhealaighméadar sreafacruinneas comhtháthú.
Optamú Cosán Iomadaithe Tonn Fuaimiúil
Bíonn trasnaíocht ar thonnta ultrasonaic ar nós frithchaitheamh balla píopaí, scaipeadh táthaithe, agus aonfhoirmeacht mheánach neamh-le linn iomadaithe. D'fhéadfadh éifeacht charnach na bhfachtóirí seo neart an chomhartha a lagú nó torann a thabhairt isteach.
Nochtann insamhalta fuaimiúil ag baint úsáide as teicnící ionsamhlúcháin rianaithe ga fuaimiúla trajectory iarbhír na bíomaí taobh istigh de phíblínte. Táirgeann roinnt cumraíochtaí geoiméadracha "scáthchriosanna fuaimiúla", agus bíonn comharthaí faighte an-lag mar thoradh orthu; cumraíochtaí eile, cé go bhfuil comharthaí láidre acu, tá éifeachtaí ilchosáin acu is cúis le saobhadh tonnchruth. Trí anailís chomparáideach, is féidir le hinnealtóirí an scéim socraithe a roghnú leis an gcóimheas comhartha is fearr go dtí an torann.
Dearbhú Feidhmíochta Faoi Shrianta Suiteála
De ghnáth éilíonn sonraíochtaí caighdeánacha 20 trastomhas píopa den chuid píopa díreach in aghaidh an tsrutha, ach is minic nach féidir le coinníollacha páirce an riachtanas seo a chomhlíonadh. Féadfaidh costais modhnú píblíne teacht ar na céadta mílte dollar.
Soláthraíonn Insamhladh measúnú féidearthachta do "shuiteáil neamhchaighdeánach." Trí chéim athshlánaithe an réimse sreafa a ríomh faoi fhad codanna difriúla den phíobán díreach, in éineacht le cúiteamh cumraíochta ilchonairíteicneolaíochtatrí úsáid a bhaint as modh comhtháthaithe Gauss-Jacobi, féadfar cruinneas cáilithe a bhaint amach i spásanna nach bhfuil ach 6-8 trastomhas píopa acu. Teastaíonn anailís shaincheaptha chuige sin do thionscadail shonracha, seachas díreach sonraíochtaí a chur i bhfeidhm, agus bailíochtú comhlíonta ISO 17089 á áirithiú.
Infheidhmeacht maidir le Meáin Speisialta
Tá tréithe sreafa ag coinníollacha oibriúcháin ar nós leachtanna ard-slaodachta, sciodar ina bhfuil cáithníní soladacha, agus gáis ard-teocht ard-atá difriúil go suntasach ó ghnáthsreabháin. D'fhéadfadh damáiste trealaimh nó teip tomhais a bheith mar thoradh ar shuiteáil gríos.
Ligeann insamhalta dálaí foircneacha a thástáil i dtimpeallachtaí fíorúla. Mar shampla, a ríomh cé acu an ndéanfaidh fórsa tionchair an tsreafa gáis ardluais ar an taiscéalaí a bheith ina chúis le hathshondas struchtúrach trí mhinicíocht sheideadh vortex a thuar; nó anailís a dhéanamh an gcuirfidh minicíocht tionchair na gcáithníní dlús le caitheamh braiteora. Treoraíonn an fhaisnéis seo roghnú ábhar agus dearadh treisithe struchtúrach.
Teorainneacha Feidhme Teicniúla
Níl an insamhalta omnipotent. Braitheann a chruinneas ar:
- Cibé an gclúdaíonn an tsamhail mhatamaiticiúil próisis fhisiceacha fíor
- Cibé an gcloíonn socruithe coinníollacha teorann le cásanna iarbhír
- Cibé an leor acmhainní ríomhaireachtúla do réiteach scagtha
Le haghaidh feiniméin sreafa iomlán nua nó coinníollacha oibriúcháin foircneacha, tá gá le bailíochtú sonraí turgnamhacha ar thorthaí ionsamhlúcháin. Mar sin féin, is féidir le insamhalta an raon feidhme turgnamhach a chaolú go mór, díriú ar phríomh-pharaiméadair, agus éifeachtúlacht taighde agus forbartha a fheabhsú go suntasach.
Fíor 3.1: Ionsá -cineál Sreabhmhéadar Ultrasonach
Taispeánann Fíor 3.1 ionsá-cineál sreabhmhéadar ultrasonaic a úsáidtear go coitianta. Is é a phrionsabal oibre péire braiteoirí ultrasonaic a shuiteáil ar an dá thaobh den phíblíne, agus tomhas sreabhadh cruinn a bhaint amach tríd an difríocht idir na treoluasanna cuisle ultrasonaic i sreabhadh anuas agus in aghaidh an tsrutha a bhrath agus a ríomh. Le linn an phróisis tomhais, tarchuireann agus faigheann na braiteoirí comharthaí ultrasonaic i dtreonna eile. Iomadaíonn na comharthaí ultrasonaic níos tapúla sa sreabhadh le sruth ná sa sreabhadh in aghaidh an tsrutha; nuair a bhíonn an sreabhach ina stad, is é an difríocht ama náid. Dá bhrí sin, trí thomhas ama iomadú na dtonnta ultrasonaic i sreabhadh anuas agus in aghaidh an tsrutha, is féidir an difríocht ama t a fháil. De réir an chaidrimh idir t agus treoluas sreafa V, is féidir meántreoluas sreafa an tsreabháin a thomhas go hindíreach, agus is féidir an ráta sreafa toirtmhéadrach Q a ríomh bunaithe ar achar trasghearrtha na bpíblíne.
Ba cheart don dearadh cainéal sreabhach machnamh a dhéanamh ar an treoluas sreafa sreabhach agus an raon sreafa, nuair is gá don dearadh píblíne díriú níos mó ar an raon treoluas sreafa sreabhach chun cruinneas tomhais sreafa a chinntiú. Cuirfidh treoluas sreafa sreabhach ró-ard nó íseal isteach ar shaintréithe iomadaithe na gcomharthaí ultrasonaic ar deireadh.
Ní mór na toisí píblíne, is é sin trastomhas istigh an phíblíne, trastomhas istigh an phíblíne tomhaiste a mheaitseáil chun suaitheadh ar shreabhadh sreabhach a laghdú agus mar sin ní dhéanfaidh sé difear do thorthaí tomhais deiridh. Ba cheart go roghnódh an struchtúr tacaíochta sa struchtúr píblíne ábhair atá frithsheasmhach in aghaidh creimeadh agus caitheamh chun saol na seirbhíse a leathnú; ag an am céanna, tá gá le dearadh réasúnta chun a chobhsaíocht a chinntiú faoi ard-treoluas sreafa nó brú ard. Ní mór don trasducer ultrasonaic cineál trasducer ultrasonaic cuí a roghnú (cosúil le cineál tonn treoraithe nó cineál machnaimh) de réir riachtanais an iarratais, agus ansin roghnaigh suíomh cuí chun an trasducer ultrasonaic a shuiteáil chun a chinntiú go bhféadfaidh an comhartha ultrasonaic pas a fháil go héifeachtach tríd an bpíblíne iomlán.
Chomh maith leis na fachtóirí thuas, cuimsíonn taighde a rinne Tang Xiaoyu[103] agus scoláirí eile ó Ollscoil Zhejiang: faoi choinníollacha bend 90 céim agus lúb 180 céim, tionchar dáileadh treoluas sreafa neamh-idéalach ar gach cosán fuaimiúil den sreabhmhéadar ultrasonaic, go háirithe an tionchar ar thomhas treoluas sreafa agus cruinneas sreafaí. D'úsáid Zhang Zhijun agus Zhu Yingsheng[102] agus scoláirí eile, bunaithe ar thaighde roimhe seo, teicneolaíocht ionsamhlúcháin CFD chun anailís insamhalta a dhéanamh ar 7 n-uillinneacha (ag eatraimh 5 chéim) idir 30 céim agus 60 céim le haghaidh uillinneacha suiteála trasducers ultrasonaic. Léiríonn na torthaí: go mbíonn tionchar ag uillinneacha suiteála éagsúla ar an dáileadh treoluas sreafa sa chuid groove den chosán fuaimiúil. Ag an am céanna, rinneadh anailís ar an earráid choibhneasta idir an treoluas sreafa insamhlaithe agus an treoluas sreafa idéalach, agus socraíodh gurb é 50 céim an uillinn suiteála trasducer is fearr le haghaidh sreafa ultrasonaic gáis trastomhas DN80 deartha.
Ionsáigh-cineál Taighde um Insamhladh Píblíne um Thomhas Sreabhadh Ultrasonach
Déanann taighde ionsamhlúcháin trí ghné a mheas:
Sreabhán dinimic insamhalta, insamhalta iomadú ultrasonaic, agus Meicnic Struchtúracha insamhalta.... Ag baint úsáide as samhlacha CFD (Dinimic Sreabhán Ríomhaireachta), is féidir an sreabhadh sreabhach taobh istigh den phíblíne a insamhladh, agus ansin is féidir anailís a dhéanamh ar éifeachtaí fachtóirí cosúil le dáileadh treoluas sreafa agus sreabhadh vortex ar iomadú comhartha ultrasonaic. Le linn an phróisis insamhalta, ba cheart vortices féideartha, boilgeoga, etc sa sreabhach a sheiceáil chun cur isteach ar thomhas ultrasonaic oiread agus is féidir.
Ag glacadh le tionchar uillinneacha suiteála trasdaitheora éagsúla ar dháileadh treoluas sreafa mar shampla, más é L=230 mm fad coirp iomlán an tsreabhmhéadar píblíne agus má tá an trastomhas D=80 mm. Socraigh uillinn suiteála an trasducer go 30 céim ~ 60 céim, agus bunaigh múnla insamhalta ag eatraimh 5 céim. Taispeántar uillinneacha suiteála éagsúla i bhFíor 3.2. Chun tomhaltas cuimhne ríomhaire agus ualach ríomhaireachtúil a laghdú nuair a dhéanann bogearraí ANSYS insamhalta, is féidir múnla CFD an tsreabhmhéadar gáis ultrasonaic a shimpliú go pointe áirithe, ach amháin ag smaoineamh ar bhunú trastomhas istigh na tithíochta flowmeter agus an tsamhail trasducer, agus an chuid eile neamhaird go sealadach.
Tá an tsamhail gheoiméadrach roinnte ina thrí chuid: píblíne tosaigh, sreabhmhéadar gáis ultrasonaic, agus píblíne cúil. Ina measc, glacann na píblínte tosaigh agus cúil mogalra struchtúrtha, glacann an sreabhmhéadar ultrasonaic lár-gháis mogalra tetrahedral, agus úsáidtear nasc dromchla an Chomhéadain ag na pointí nasc, le mionchoigeartú mogalra ar na dromchlaí nasc. Glacann na píblínte asraon agus ionraoin mogalra struchtúrtha mar mhogalra heicsahedral, le méid mogalra uasta socraithe go 2, Spacing1 (spásáil mogalra an chéad chiseal teorann) de 1.5, Cóimheas 1 (ráta fáis mogalra an chéad chiseal teorann) de 2, Spaceing2 (spásáil mogalra dara ciseal teorann) de 1.5, agus an ráta fáis uasta de mhogalra ultrasonaic 2. tá alt comhlacht flowmeter 5; cuirtear mionchoigeartú áitiúil i bhfeidhm ar an mogalra trasducer le méid mogalra uasta de 1.5; cuirtear mionchoigeartú áitiúil i bhfeidhm ar an mogalra comhéadan, ag coinneáil an méid mogalra ag 2.
Fíor 3.2 Léaráid Scéimreach Trasduchtóirí ag Uillinneacha Suiteála Éagsúla
Cairt Torthaí Optamaithe Uillinn trasduchtóra
| Uillinn | Déine Vortex | Titim Brú | Cruinneas | Feidhmchlár is Fearr |
|---|---|---|---|---|
| 30 céim | Ard (earráid 15%) | 12% de ΔP | ±1.5% | Ní mholtar |
| 40 céim | Meánach | 8% de ΔP | ±1.0% | Íseal Re uimhir |
| 50 céim | Íseal | 5% de ΔP | ±0.5% | is Fearr (DN80) |
| 60 céim | Meánach | 7% de ΔP | ±0.8% | Treoluas ard |
Roghnú agus Socrú Bogearraí Insamhladh CFD
ANSYS Líofa vs COMSOL:Cé acu is fearr le haghaidh insamhalta sreabhmhéadar ultrasonaic?
Comparáid samhail suaiteachta:k-ε vs k-ω SST vs RSM le haghaidh uimhir Reynolds 10⁴-10⁷
Critéir cháilíochta mogalra:y+ < 1, cóimheas gné < 100, sceabhach < 0.85
Figiúr 3.3: Múnla Samhaltú
Mar gheall ar an grádán treoluas mór in aice le dromchla an bhalla, glactar le mionchoigeartú mogalra ciseal teorann, ag baint úsáide as an dlí fáis easpónantúil, le Airde Tosaigh (airde tosaigh) socraithe go 0.1, Cóimheas Airde (cóimheas gach ciseal teorann) de 1.2, Líon na Sraitheanna (líon sraitheanna teorann) de 3, agus Airde Iomlán (airde iomlán na sraitheanna teorann) de 0.7. Tá an comhaireamh mogalra iomlán deiridh thart ar 1.5 milliún. Agus an uillinn suiteála trasdaitheora cosáin DN80 de 50 céim de 50 céim mar shampla, taispeántar toradh na roinnte mogaill i bhFíor 3.3.
Fíor 3.4: Léarscáileanna Comhrianta Treoluas ag Sreabhadh Ionraonta Treoluas 10 m/s, Uillinneacha Suiteála 50 céim agus 30 céim
Chun tuiscint níos fearr a fháil ar an dáileadh sreabhach taobh istigh den phíblíne ag uillinneacha suiteála éagsúla, ag tógáil an dá chás d'uillinneacha suiteála 30 céim agus 50 céim mar shamplaí, nuair a bhíonn an treoluas sreabhadh inlet 10 m / s, taispeántar léarscáileanna comhrianta treoluas cosáin a haon agus a trí i bhFíor 3.4.
CCanna
C: An gá don Dearadh Struchtúrtha Saintréithe Sreabhán a Mheas (cosúil le Slaodacht, Bubbles, Solaid Fionraithe)?
A: An-riachtanach, tá éifeachtaí difriúla ag tréithe sreabhán éagsúla ar tharchur ultrasonaic: Teastaíonn tiomáint comhartha níos láidre agus dearadh íogaireachta glacadóra le haghaidh sreabhán slaodachta ard. Tá na meáin le boilgeoga nó solaid ar fuaidreamh ina chúis le scaipeadh comharthaí, agus mar sin tá gá le SNR níos airde agus halgartaim scagtha comhartha. Dá bhrí sin, ba cheart an struchtúr agus an roghnú trasducer a bharrfheabhsú bunaithe ar na coinníollacha oibre tomhaiste.
C: An féidir le Dearadh an Ionsáite-chlóscríobh UltrasonachSreabhmhéadarAn dtacaíonn tú le Monatóireacht Fhíor-Ama ar an Suíomh agus le Diagnóisic Chianda?
A: Is minic a chomhtháthaíonn dearaí nua-aimseartha: 4- Comhéadain aschuir 20 mA / Modbus / HART. Feidhm féin-dhiagnóis (cáilíocht comhartha, braite stádas sreabhach, etc.). Is féidir é a chomhtháthú le hardáin PLC / DCS nó IIoT le haghaidh monatóireacht iargúlta agus rabhadh luath, feabhas a chur ar éifeachtúlacht oibriúcháin.
C: An bhfuil an Struchtúr Cineála Ionsáite Oiriúnach do Choinníollacha Sreafa Móra agus Ardteistiméireachta?
A: Sea, i gcomparáid leis an gcineál flange tógtha, laghdaítear an costas tosaigh leis an gcineál struchtúr a cuireadh isteach agus tá sé níos oiriúnaí d'fheidhmchláir mhóra trastomhas. Mar sin féin, ba chóir aird a thabhairt ar na nithe seo a leanas sa dearadh: Socraigh doimhneacht agus uillinn ionsáite an taiscéalaí cuí. Úsáid -ábhair ard-láidre chun tacú le fórsaí lomadh sreafa. Smaoinigh ar an tionchar atá ag dáileadh treoluas agus uimhir Reynolds ar an gcosán tomhais.
C: An bhfuil Ard-Riachtanais ag an Struchtúr Suiteála Ionsáigh maidir le Rannóga Píopaí Díreacha? Conas a Mhaolaíonn sé saobhadh Sreafa?
A: Sea, toisc go mbíonn tomhais ultrasonaic ag brath ar réimse sreabhadh cobhsaí, is minic go dteastaíonn struchtúir chineál ionsáite níos mó ná nó cothrom le 10 D, le sruth Níos mó ná nó cothrom le 5 D codanna píopa díreach chun a chinntiú go bhfuil an próifíl treoluas forbartha go hiomlán. Sa dearadh, is féidir na nithe seo a leanas a úsáid: Uillinn agus suíomh an taiscéalaithe a bharrfheabhsú (uillinn nó uillinn cosán fuaime), Fad balla an taiscéalaithe a rialú, Plátaí ceartúcháin páirce sreafa nó struchtúir treoraithe sreafa.
Déan teagmháil lenár bhfoireann innealtóireachta inniu le haghaidh measúnú féidearthachta saor in aisce ar do choinníollacha píblíne agus do riachtanais tomhais.
