| Description: |
Кривоногов Алексей Александрович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Российская Федерация, e-mail: krivonogovaa@susu.ru. Гонтарев Кирилл Артурович – инженер-механик, ООО «К-Омега», г. Челябинск, Российская Федерация, e-mail: k.gontarev@k-omega.ru. Krivonogov Aleksey Aleksandrovich is Cand. Sc. (Engineering), Senior Staff Scientist, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, e-mail: krivonogovaa@susu.ru. Gontarev Kirill Arturovich is Mechanical Engineer, K-Omega, Chelyabinsk, Russian Federation, e-mail: k.gontarev@k-omega.ru. В связи с разработкой методов определения объемно-массовых параметров «жидкость–газ», выполняемой командой ученых Южно-Уральского государственного университета, в публикации представлен новый метод измерения расхода жидкости и газа, позволяющий измерять конвективную скорость турбулентного потока через твёрдую стенку трубопровода и объемный расход жидкости и газа соответственно. Дано краткое описание гипотезы «о замороженной турбулентности» Дж. Тейлора, на основе которой работает метод. Обозначены научные проблемы, связанные с ее доказательством применительно к задаче определения скорости конвекции турбулентности. Представлен математический метод обработки сигнала, основанный на двумерной частотно-волновой спектральной обработке и пространственно-временной фильтрации сигнала. Показана функциональная схема предлагаемого устройства с описанием алгоритма обработки входного сигнала. С целью определения оптимальной конфигурации экспериментальной установки выполнено математическое моделирование в пакете вычислительной гидрогазодинамики ANSYS CFD с применением гибридной вихреразрешающей модели турбулентности SBES. Дано краткое описание опытного образца накладного гидроакустического расходомера «К – Омега П1», созданного на основе представленного в публикации метода и результатов численного моделирования. Выполнены испытания на проливочном стенде «МЕТРАН – УПА – 2000», являющемся вторичным эталоном. Приведены результаты натурных испытаний на проливочном стенде для пяти скоростей потока. Сделаны выводы о результатах исследований к настоящему моменту и дальнейшие шаги по улучшению способа измерения с применением метода обработки k-omega beamforming. In connection to methods developed for determining “liquid-gas” volume-mass parameters, carried out at South Ural State University, this article presents a new method for measuring liquid and gas flow rates. The method makes it possible to measure a turbulent flow’s convective velocity through a pipeline wall and the volumetric flow rate of a liquid or gas. A brief description of Taylor's “frozen turbulence” hypothesis, which forms the basis of the method, is given, and the main problems associated with its proof in relation to the problem of determining the convection velocity of turbulence are identified. A mathematical signal processing method is presented based on two-dimensional frequency-wave number spectral processing and spatiotemporal signal filtering. A functional scheme and the input signal processing algorithm of the proposed device is presented. Mathematical modeling was performed in the ANSYS CFD computational fluid dynamics package using the hybrid eddy-resolving turbulence model SBES to determine the optimal configuration of the experimental setup. A brief description is given of the non-invasive sonar flow meter “K-Omega P1” prototype based on method presented and of numerical simulation results. Tests were performed on the METRAN-UPA-2000 flow test workbench which is a secondary standard. Full-scale test results on the flow test workbench for five flow rates are presented. Conclusions are drawn about the research results to date and further steps to improve the measurement method using the k-omega beamforming processing method. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-10151, https://rscf.ru/project/23-29-10151/ |