Учеными Политехнического института ЮУрГУ при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования проведено исследование, направленное на повышение точности измерений массового расхода жидкости и газа при движении по трубопроводу. Исследователям удалось при помощи экспериментальных и расчетных методов уточнить значимость факторов, которые прежде при проведении процедуры измерения во внимание не принимались. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале «Flow Measurement and Instrumentation».
В настоящее время наиболее достоверные оценки расхода текучей среды (флюида) удается получать для потока, который содержит только одну текучую фазу (жидкость или газ). В случае неоднородных флюидов оценка неопределенности в измерении расхода, например, нефти в нефтегазовом потоке достигает 20% и более. Такая неопределенность является отражением многих причин, которые связаны с одной стороны с непостоянством состава движущегося флюида, а с другой стороны – со сложностью учета большого числа параметров, участвующих в процессе измерения.
«К прочим факторам можно отнести диссипативные силы в колебательных системах. Это представляет реальную опасность потери точности измерений для многофазных сред. Диссипативные свойства колебательной системы расходомера могут возрастать на два порядка за счет процессов взаимного движения фазовых составляющих флюида: жидкости, газовых пузырьков, а также имеющихся в потоке флюида твердых частиц», – рассказывает автор исследования, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика» Вячеслав Романов.
Измерение производится расходомером Кориолиса. Эффект Кориолиса сопровождает движение флюида по измерительной трубке, совершающей специально вызываемые колебания. Принцип действия основан на изменениях фаз механических колебаний разных сечений трубки, по которой движется флюид. Сдвиг фаз используют для оценки величины массового расхода. Однако на размер фазового сдвига и показания расходомера влияют не только силы инерции Кориолиса, но и прочие факторы.
В результате построения виртуального прототипа расходомера Кориолиса (подробной континуальной вычислительной модели колебательной системы прибора) удалось детально проанализировать такие особенности работы датчика, которые ранее исследованы не были.
Впервые для разных форм оси измерительной трубки были получены распределения сил, действующих на колеблющуюся трубку со стороны протекающей по ней жидкости. Выделение из этих сил гироскопической составляющей (сил инерции Кориолиса) открыло возможность количественно сравнивать гироскопические силы с экспериментально замеренными диссипативными силами. В результате динамического анализа поведения колебательной системы с учетом особенностей распределения гироскопических и диссипативных сил по длине измерительной трубки удалось получить ответ на практически важный вопрос: в какой степени диссипативные силы могут влиять на регистрируемые расходомером Кориолиса показания.
Важной составной частью работы является демонстрация того, как от континуальной модели с высокими вычислительными требованиями перейти к дискретным моделям, адаптированным для решения инженерных задач. Для этого колебательная система расходомера Кориолиса представлена двумя взаимодействующими между собой подсистемами, названные подсистемой возбуждения и информационной подсистемой.
Выполненные исследования позволяют лучше понять природу физических процессов, положенных в основу измерений расходомерами Кориолиса, и таким образом, могут помочь снизить степень неопределенности, сопровождающую такие измерения.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
Читайте нас: