关于产业计量的研究探讨

中图分类号：TH701 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：470.20

1 引言

在我国工业生产中，经常遇到产业计量问题，如化工行业中的气液两相流、湿气问题，电力行业的蒸汽从湿蒸汽到饱和蒸汽再到过热蒸汽状态、从饱和状态到冷凝水状态，冶金行业的高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气的多组分状态，均属于工业测量中的产业计量问题；而在上述行业中，经常存在的工业现场直管段不能满足测量需求、管道内部有支撑架或其他障碍物、管道形状为非规则结构等，属于复杂管网结构，同样会引起管道内流体的流态发生。针对理想流体的计量工作，上世纪 90 年代初，国外学者已经开展了大量研究工作。Morrison GL[1] 等人采用实验方法对孔板流量计的流场分布及孔板周围的涡流、压力场进行了研究，并给出了不同等效直径比下的涡流分布情况 ；Hussein IB 等人 [2]、Morrison GL 等人 [3]、Prabu SV 等人 [4]采用实验的方法对湿气和上升管内的流动进行了分析；直到 1997 年，ErdalA 和 AnderssonHI^[5] 采用计算流体力学的办法开始分析孔板流量计在管道内的流场分布特性。随后，Lua AC and Zheng Z，Zheng Z 等人 ， Sala JM 等人 ，Tezduyar TE 等人，WANG Z 等人，Bonakdari H 等人，Muñoz-Díaz E 等人，Krüger T 等人及 Saboohi Z 等人 [6-14] 均采用计算流体力学的方法，利用数值模拟软件开始研究管道内流体的流动机理及其对流量计量的影响。对于工业复杂流态，Al-Kayiem HH、Bilotta G 等人、Economou IG 等人、Erni P、Mark A 等人、Fuller GG 等人、Israelachvili J 等人、Strauch S 等人、AdhikariD 等人及 Nedeff V 等人 [15-23] 针对气液两相流、气固两相流、复杂流体结构及分界面等机理进行了研究，然而，针对产业计量的研究论文，至今很少看到。国内针对湿气的研究主要集中在天津大学、针对两相流的研究主要在西安交通大学，而针对工业现场的直管段不足、管内有障碍物或者多组分及相变流等情况，研究甚少。将计算流体力学 （Computational FluidDynamics， CFD） 的研究方法用到工业复杂流态流体分析之中并有效解决工业现场的计量问题，在国内更为罕见。

2 现有研究方法

针对工业复杂流态流体的计量，现有的研究方法可以归纳为以下几种：理论分析法、试验装置实验法及工业现场对比实验法。下面逐一对几种方法进行阐述。

2.1 理论分析法

通过流体遵循的基本定律对管内流动进行分析的方法称为理论分析法。核心为通过流体力学的三大定律及五大方程对工业现场的工况流态进行数学描述，进而进行求解。目前在计量领域应用最为广泛的是由连续性方程和能量方程推导而来的伯努利方程，如图 1 所示。理论分析法一般得到的是解析解，且建立后的方程很难直接求解。

2.2 试验装置实验法

采用气体标定装置、水标定装置、风洞试验装置、两相流或多相流装置对管道内的介质进行试验研究并给出流量计量依据的方法为试验装置实验法。实验法大多停留在实验室阶段，计量状态较为理想，很难符合工业现场需求。对于复杂的管道或者工况，建立一套试验装置 （ 如建立大管径的蒸汽试验管道或者标定管道 ） 造价成本非常高，在试验运行过程中也会消耗大量的人力物力和财力，且工况条件变化时又需要重新调整装置的运行参数，对资源消耗非常大。

2.3 工业现场对比实验法

在很多工业现场，存在着历史数据记录，可以反应工艺过程中很长一段时间内流体在管道内的几大参数变化，如温度、压力、流量的变化参数也在其中。此时，可通过历史曲线来对管道内的介质流动情况分析测量，该方法无法精确测量，仅能给出测量好坏的一个模糊判断。

3 结论

本文提出了一种新的针对产业计量的方法—边缘计算技术，该技术不仅仅关注实验精度，更关注工业现场的工况和工艺变化带来的流量自适应算法问题。通过实例分析给出了如何利用该技术解决工业现场存在的实际计量问题。结果表明，基于计算流体力学的边缘计算技术可以在工况条件下分析管内流场规律，以获得合适的流量计型式及合理的流量计安装位置；借助边缘计算下的工况分析可获得工业现场条件下的计量线性度和计量精度等级，并给出对应雷诺数范围内的流量计算公式。

作者简介：姓名：毕林秀，出生于：1989 性别：女 民族：汉族 籍贯：辽宁沈阳