Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Создана оригинальная математическая модель турбулентного течения в расходомерной трубке, отличающаяся от известных тем, что в ней применена вихреразрешающая модель турбулентности SBES. По результатам моделирования установлено, что при использовании гибридной вихреразрешающей модели возможно получить пульсации давления турбулентных вихрей для дальнейшего построения, частотно-волнового спектра. При этом не требуется больших вычислительных мощностей, как для моделей типа LES. Созданная модель предназначена для моделирования процесса турбулентного течения в расходомерной трубке с учетом пульсационной составляющей давления, по которой вычисляется конвективная скорость. 2. Проведены междисциплинарные расчеты гидромеханической системы "колеблющаяся трубка-многофазный поток". По результатам численного моделирования получены расчетные зависимости временной задержки деформируемого измерительного трубопровода от содержания газа в текущей среде и установлено, что при увеличении объемной доли воздуха в текущей двухфазной среде «вода-воздух» и постоянном расходе жидкости наблюдается рост ошибки измерения в сторону уменьшения показаний расхода. Показано, что эта ошибка связана с изменением режима механических колебаний измерительной трубки расходомера, обусловленным попаданием пузырьков воздуха в текущую среду. 3. Проведено моделирование с применением вихреразрешающих моделей турбулентности и по результатам получена статистическая информация о применимости и ограничениях существующих моделей для описания турбулентных пульсаций в трубопроводе в случае двухфазного потока "жидкость - газ". Для набора статической информации была проведена серия расчетов для различной скорости и количества газовой фракции в потоке. По результатам установлено, что пульсации давления необходимые для вычисления конвективной скорости присутствуют в заданных диапазонах скоростей и газовых фракциях. Показано, что предложенная имитационная модель может быть использована для моделирования измерительной системы, состоящей из кориолисового и гидроакустического расходомеров. Это позволит определять основные характеристики и ограничения системы для измерения параметров газожидкостной смеси. 4. Разработана численная упруго-гидродинамическая модель течения двухфазной среды «жидкость-газ» по деформируемой измерительной трубке кориолисового расходомера и методика ее расчета и выполнена серия расчетов при фиксированном расходе жидкости и различном объемном содержании воздуха в текущей среде. 5. Разработана методика определения сил, действующих со стороны флюида на деформируемые измерительные трубопроводы. Выполнен анализ изменения распределения сил, действующих со стороны флюида на деформируемые измерительные трубопроводы, в зависимости от массового расхода жидкости и объемной доли газа в текущей среде. На балочной модели показано, что влияние текущей жидкости с пузырьками воздуха на механические колебания измерительных трубок можно смоделировать однородной средой с эквивалентной плотностью. Показано, что изменение временной задержки обусловлено изменением кориолисовых сил, действующих со стороны текущей среды на измерительную трубку. 6. Создана методика определения распределения объемно-массовых параметров компонентов текущей среды по длине деформируемого измерительного трубопровода, использующая в качестве исходных данных результаты 2 way FSI расчета деформируемого измерительного трубопровода. 7. Получено очень хорошее совпадение между расчетными и экспериментальными временными задержками кориолисового расходомера в условиях двухфазной среды. Показано, что с использованием разработанной балочной модели можно достаточно точно предсказывать показания кориолисового расходомера в условиях течения двухфазной среды. 8. Разработана неинвазивная методика оценки параметров текущей среды без ее сепарации по результатам измеряемых экспериментально параметров текущей среды. Суть неинвазивной методики оценки параметров текущей среды заключается в комбинированном приборе, состоящем из кориолисового расходомера с установленными на его трубках гидроакустическими расходомерами 9. По результатам FSI расчетов течения двухфазной среды «жидкость-газ» по деформируемой измерительной трубке кориолисового расходомера установлено, что колебания расхода жидкости (и смеси) в выбранных произвольно сечениях трубки не зависят от объемной доли воздуха. Получено качественное совпадение расчетных временных задержек с экспериментальными данными. Установлено, что при увеличении объемной доли воздуха в текущей двухфазной среде «вода-воздух» и постоянном расходе жидкости растет ошибка измерения в сторону уменьшения показаний расхода. Исключено влияние алгоритмов управления и обработки сигналов на определение временной задержки. 10. Проведены проливочные испытания накладного гидроакустического расходомера с целью экспериментальной проверки результатов моделирования. По результатам испытаний установлено, что испытанный накладной гидроакустический расходомер позволяет измерять объемный расход жидкости в диапазоне скоростей от 1 м/с до 10м/с. Приведённая погрешность на высоких и средних расходах не превышает ± 1,45%, на низком расходе значение составило 1,6%. Полученные результаты подтверждают, что предлагаемый способ неинвазивного измерения расхода по скорости конвекции вихревых полей работает. Предлагаемая технология позволяет определять параметры турбулентного течения в пограничном слое через твердую стенку, в том числе измерять расход жидких, газообразных и многокомпонентных сред без врезки в трубопровод, не перекрывая поток. Результаты испытаний коррелируют с результатами моделирования, полученными на двумерной осесимметричной модели. 11. По результатам расчетов и испытаний установлено, что основным источником ошибки измерения массового расхода является взаимодействие текущей двухфазной среды с деформируемой измерительной трубкой кориолисового расходомера, приводящее к изменению кориолисовых сил, действующих со стороны текущей среды на измерительную трубку, и, как следствие, фаз механических колебаний узлов, соответствующих левой и правой измерительным катушкам расходомера. Получено качественное совпадение результатов численного моделирования и эксперимента. По результатам численного моделирования исключено влияние алгоритмов управления и обработки сигналов на определение временной задержки. 12. Предложенная имитационная модель может быть использована для моделирования измерительной системы, состоящей из кориолисового и гидроакустического расходомеров. Это позволит определять основные характеристики и ограничения системы для измерения многофазного потока – газожидкостной смеси.