2588-0101 Вестник Евразийской науки The Eurasian Scientific Journal ООО «Издательство «Мир науки» 10.15862/41SAVN424 https://esj.today/41SAVN424.html О применении перфорированных дисковых вставок в круглой трубе для формирования газового потока необходимой структуры перед ультразвуковым расходомером On the use of perforated disk inserts in a round pipe to form a gas flow of the required structure in front of an ultrasonic flow meter Алексеев Дмитрий Павлович Алексеев Дмитрий Павлович Alekseev Dmitry Pavlovich alekseev210@yandex.ru Кубенин Александр Сергеевич Кубенин Александр Сергеевич Kubenin Aleksandr Sergeevich kube-n@mail.ru ООО «СовТИГаз» (Москва, Россия) SovTIGaz (Moscow, Russia) ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» (Москва, Россия) Lomonosov Moscow State University (Moscow, Russia) 06 09 2024 2024 16 4 41SAVN424 21 07 2024 30 08 2024 2024 Алексеев Дмитрий Павлович, Кубенин Александр Сергеевич Alekseev Dmitry Pavlovich, Kubenin Aleksandr Sergeevich CC BY 4.0 https://esj.today/41SAVN424.html

В отличие от обычных счетчиков газа, ультразвуковые расходомеры обладают такими преимуществами, как бесконтактный режим работы, минимальные потери давления и высокая точность. При разработке ультразвуковых расходомеров, как и любых других устройств, используются допущения и упрощения, связанные с теорией ультразвуковых расходомеров. При разработке таких устройств исследователи не всегда располагают необходимым местом для разворачивания таких конструкций. Поэтому встает вопрос о разработки устройств, которые могут заменить большие участки трубопроводов с различными поворотами в роли местных сопротивлений. В работе приведены некоторые исследования, проведенные при разработке перфорированного диска, способного формировать профиль потока, аналогичный профилю после двойного отвода. Представленные результаты исследования влияния геометрии перфорированного диска на газодинамику и структуру потока. Расчеты проведены с помощью трехмерного компьютерного моделирования. Выполнен анализ влияния расположения отверстий, их размеров и углов наклона отверстий относительно оси диска на распределение скоростей и формирование профиля скорости ниже по течению от диска и является целью данного исследования. Получены скалярные и векторные поля скоростей ниже по потоку за перфорированным диском. Построены профили скорости в сечениях за диском. Проведен сравнительный анализ разных конструкций перфорированных дисков. Указаны принципы проектирования таких формирователей потока. Выявлены геометрические факторы, влияющие на структуру потока после формирователя. Выявленные тонкости и описанные принципы проектирования позволили разработать выпрямители и формирователи потока на основе перфорированных дисков. Показаны финальные образцы дисков и результаты их функционирования.

Unlike conventional gas meters, ultrasonic flow meters have such advantages as contactless operation, minimal pressure loss and high accuracy. When developing ultrasonic flow meters, like any other devices, assumptions and simplifications related to the theory of ultrasonic flow meters are used. When developing such devices, researchers do not always have the necessary space to deploy such structures. Therefore, the question arises of developing devices that can replace large sections of pipelines with various turns in the role of local resistances. The paper presents some studies conducted during the development of a perforated disk capable of forming a flow profile similar to the profile after a double bend. The presented results of a study of the influence of the perforated disk geometry on the gas dynamics and flow structure. The calculations were carried out using three-dimensional computer modeling. The analysis of the influence of the hole location, their sizes and the angles of inclination of the holes relative to the disk axis on the velocity distribution and the formation of the velocity profile downstream of the disk is the purpose of this study. Scalar and vector fields of velocities downstream of the perforated disk are obtained. Velocity profiles in sections behind the disk are constructed. A comparative analysis of different designs of perforated disks is carried out. The design principles of such flow formers are indicated. The geometric factors influencing the flow structure after the former are revealed. The revealed subtleties and described design principles made it possible to develop straighteners and flow formers based on perforated disks. The final samples of disks and the results of their operation are shown.

 Ключевые слова газоснабжение ультразвуковой расходомер вычислительная газодинамика компьютерное моделирование профиль потока перфорированный диск формирователь потока геометрия расходомера много-лучевые ультразвуковые расходомеры выпрямитель потока Keywords gas supply ultrasonic flow meter computational fluid dynamics computer modeling flow profile perforated disk flow former flow meter geometry multi-beam ultrasonic flow meters flow straightener Lynnworth, L.C.; Liu, Y. Ultrasonic flowmeters: half-century progress report. — Ultrasonics 2006, 44, pp. 1371–1378. URL: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2006.05.046. Qiu, Y.; Chen, H.; Li, W.;Wu, F.; Li, Z. Optimization of the tracer particle addition method for PIV flowmeters. Processes 2021, 9, 1614. URL: https://doi.org/10.3390/pr9091614. Fonseca, G.E.; Dube, M.A.; Penlidis, A. A Critical overview of sensors for monitoring polymerizations. — Macromol. React. Eng. 2009, 3, pp. 327–373. URL: https://doi.org/10.1002/mren.200900024 Fang, L.; Ma, X.; Zhao, J.; Faraj, Y.; Wei, Z.; Zhu, Y. Development of a high-precision and wide-range ultrasonic water meter. — Flow Measurementand Instrumentation. 2022, 84 URL: https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2021.102118. Dandan Zheng, Dan Zhao, Jianqiang Mei. Improved numerical integration method for flow rate of ultrasonic flowmeter based on Gauss quadrature for non-ideal flow fields. — Flow Measurementand Instrumentation. 2015. Vol 41. pp. 28–35. Chen, J.; Zhang, K.; Wang, L.; Yang, M. Design of a high precision ultrasonic gas flowmeter. Sensors 2020, 20. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32858827. Don Augenstein, Herb Estrada, Ernie Hauser, Ed Madera. Сfd prediction of hydraulic effects on external ultrasonic flowmeters // International Conference on Nuclear Engineering (Proceedings of ICONE14). — July 17–20, Miami, Florida, USA URL: DOI: 10.1115/ICONE14-89513. Jeff Gibson. Validation of the CFD method for determining the measurement error in Flare Gas Ultrasonic meter installations // 27th International North Sea Flow Measurement Workshop, 20th–23rd October, 2009 URL: https://nfogm.no/wp-content/uploads/2019/02/2009-16-Validation-CFD-method-determining-measurement-error-Flare-Gas-Ultrasonic-meter-installations-Gibson-TUV-NEL.pdf J.G. Drenthen, Martin Kurth. Reducing installation effect on ultrasonic flow meters // 27th North Sea Flow Measurement Conference, Tonsberg, 2009. URL: https://nfogm.no/wp-content/uploads/2019/02/2009-10-Reducing-installation-effects-on-ultrasonic-flow-meters-Drenthen-Krohne-CT-Products.pdf B. Wang, Y. Cui, W. Liu, X. Luo. Study of transducer installation effects on ultrasonic flow metering using computational fluid dynamics. — Advanced Materials Research Vol. 629(2013) pp. 676–681 URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.629.676. E. Luntta, J. Halttunen. Neural network approach to ultrasonic flow measurements. — Flow Measurementand Instrumentation. 1999. Vol 10. pp. 35–43 URL: https://doi.org/10.1016/S0955-5986(98)00035-1. Santhosh K.V., B.K. Roy. An intelligent flow measurement scheme using ultrasonic flow meter. — Modelling, Identification and Control, 770: Advances in Computer Science and Engineering — 2012 URL: DOI:10.2316/P.2012.769-033. Mario Turiso, Martin Straka, Jürgen Rose, Christian Bombis, Denis F. Hin. The asymmetric swirl disturbance generator: Towards a realistic and reproducible standard. — Flow Measurement and Instrumentation. Vol. 60(2018) pp. 144–154. URL: https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2018.02.021. Mickan, B.; Kramer, R.; Wendt, G. and Dopheide. Quantified comparison of the efficiency of new flow conditioners. (Flomeko 2000) // IMEKO TC9 Conference Salvador, Bahia, BRAZIL 4-8 June, 2000. URL: https://www.imeko.org/publications/tc9-2000/IMEKO-TC9-2000-009.pdf. Gabriel Moniz Pereira, Bodo Mickan, Rainer Kramer, Dietrich Dopheide. Investigation of flow conditioning in pipes // 11th IMEKO TC9 Conference on Flow Measurement Groningen, Netherlands, 12–14 May 2003. URL: DOI: 10.1007/978-3-642-59334-5_122.