超声波流量仪表如何应对复杂工况下的测量挑战

超声波流量仪表近年发展迅速，由于具有精度等级高、压力损失小、量程比宽、适应性强的特性，已成为公认的优越的流量测量解决方案。目前已成功应用于国内外水轮机组状态监测、南水北调、西江引水等工程。基于时差法超声仪表不能获取横截面的面平均流速，只能获得声波信号在传播路径上的线平均流速，推导出速度剖面分布内测量值与理论值的关系，获取K系数与雷诺数的变化规律。

在实际的现场应用环境发现，超声流量计上下游分别装有同朝向弯头结构的工况最为常见。流体流过弯头后，下游速度剖面分布畸变，被测区域处于非理想非对称状态，当声波路径形式和积分计算不能较好抵消和补偿这种速度偏移时，超声流量计精确度将会对这种分布变得十分敏感，导致流量测量失真。因此需要寻找一种声路布置方式，解决非理想安装环境和速度畸变给检定和实际应用带来的偏差。

何存富等对多声路超声流量计在弯管环境性能进行仿真和试验分析，指出合适的安装参数，双断面测量可降低横流对测量的影响；王雪峰等对弯管模型的流场进行理论和仿真研究，量化了超声波流量计误差的诸多影响因素；鲍敏等通过理论计算和CFD技术，获得了特定弯管的管道内部流态和相应的流量系数曲线；GB/T 35138—2017《封闭管道中流体流量的测量渡越时间法液体超声流量计》和ASME PTC 18—2011《水轮机和水泵-涡轮机性能测试规范》等中，关于声波路径方式指出，多断面多弦位置分布，可改善流量测量对流态分布畸变的敏感性，有效消除或降低涡流以及横流的影响。随着流体仿真技术的发展，CFD逐渐成为超声波仪表流场分析和结构优化的手段。