超聲波流量儀錶如何應對複雜工況下的測量挑戰

超聲波流量儀錶近年發展迅速，由於具有精度等級高、壓力損失小、量程比寬、適應性強的特性，已成為公認的優越的流量測量解決方案。目前已成功應用於國內外水輪機組狀態監測、南水北調、西江引水等工程。基於時差法超聲儀錶不能獲取橫截面的面平均流速，只能獲得聲波信號在傳播路徑上的線平均流速，推導出速度剖面分佈內測量值與理論值的關係，獲取K係數與雷諾數的變化規律。

在實際的現場應用環境發現，超聲流量計上下游分別裝有同朝向彎頭結構的工況最為常見。流體流過彎頭後，下游速度剖面分佈畸變，被測區域處於非理想非對稱狀態，當聲波路徑形式和積分計算不能較好抵消和補償這種速度偏移時，超聲流量計精確度將會對這種分佈變得十分敏感，導致流量測量失真。因此需要尋找一種聲路布置方式，解決非理想安裝環境和速度畸變給檢定和實際應用帶來的偏差。

何存富等對多聲路超聲流量計在彎管環境性能進行仿真和試驗分析，指出合適的安裝參數，雙斷面測量可降低橫流對測量的影響；王雪峰等對彎管模型的流場進行理論和仿真研究，量化了超聲波流量計誤差的諸多影響因素；鮑敏等通過理論計算和CFD技術，獲得了特定彎管的管道內部流態和相應的流量係數曲線；GB/T 35138—2017《封閉管道中流體流量的測量渡越時間法液體超聲流量計》和ASME PTC 18—2011《水輪機和水泵-渦輪機性能測試規範》等中，關於聲波路徑方式指出，多斷面多弦位置分佈，可改善流量測量對流態分佈畸變的敏感性，有效消除或降低渦流以及橫流的影響。隨着流體仿真技術的發展，CFD逐漸成為超聲波儀錶流場分析和結構優化的手段。