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JP5501214B2 - Ultrasonic flowmeter verification system and verification method - Google Patents
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Description

本発明は、超音波流量計の検証システム及び検証方法に関わり、特に原子力等発電プラントの給水流量計に用いられる伝搬時間差式超音波流量計の検証システム及び検証方法に関わる。   The present invention relates to a verification system and a verification method for an ultrasonic flow meter, and more particularly to a verification system and a verification method for a propagation time difference type ultrasonic flow meter used for a feed water flow meter of a power plant such as a nuclear power plant.

原子力発電プラントは、原子炉安全設計条件で定まる一定の原子炉熱出力(熱出力定格値)の下で運転される。この原子炉熱出力は、原子炉熱出力監視装置により計測、演算されるが、熱出力演算に誤差を含む。   A nuclear power plant is operated under a certain reactor heat output (heat output rated value) determined by reactor safety design conditions. This reactor heat output is measured and calculated by the reactor heat output monitoring device, but the heat output calculation includes an error.

このため、原子力発電プラントを実運転するときの熱出力目標値としては、熱出力定格値に演算誤差に相当する余裕を見込んだ値とする必要がある。例えば、原子炉熱出力監視装置の演算誤差が2%であるなら、熱出力定格値を102%とし、出力目標値を100%とする。   For this reason, as the heat output target value when the nuclear power plant is actually operated, it is necessary to make the allowance corresponding to the calculation error into the heat output rated value. For example, if the calculation error of the reactor thermal power monitoring apparatus is 2%, the thermal power rating value is set to 102% and the power target value is set to 100%.

このことは、原子炉の熱出力としては102%を出力することが可能であるにもかかわらず、実際には100%で運転しなければならないことを意味している。また同時に、仮に原子炉熱出力監視装置の演算誤差を0.3%にできれば、101.7%で運転できることをも意味しており、原子力発電プラントの効率向上に貢献できる。   This means that even though it is possible to output 102% of the thermal output of the reactor, the reactor must actually be operated at 100%. At the same time, if the calculation error of the reactor thermal power monitoring device can be reduced to 0.3%, it means that the operation can be performed at 101.7%, which can contribute to the improvement of the efficiency of the nuclear power plant.

係る原子炉熱出力監視装置における演算誤差は、給水流量の計測精度によるところが大きい。熱出力演算は、主蒸気エンタルピーと給水エンタルピーの差に給水流量を乗じる計算である。したがって、熱出力監視の信頼性において、エンタルピーに関与する主蒸気流量や主蒸気温度等の計測精度と比較して、給水流量の計測精度の寄与が大きい。つまり、給水流量を高精度に検出することが、原子力発電プラントの効率向上に直結する。   The calculation error in the reactor thermal power monitoring apparatus is largely due to the measurement accuracy of the feed water flow rate. The heat output calculation is a calculation in which the difference between the main steam enthalpy and the feed water enthalpy is multiplied by the feed water flow rate. Therefore, in the reliability of the heat output monitoring, the contribution of the measurement accuracy of the feed water flow rate is greater than the measurement accuracy of the main steam flow rate and the main steam temperature involved in enthalpy. That is, detecting the feed water flow rate with high accuracy directly leads to an improvement in the efficiency of the nuclear power plant.

図2を用いてこのことを説明する。図2のグラフは、流量計を使用した時の熱出力目標値(熱出力演算値)の確率分布を表しており、横軸は熱出力、縦軸は確率である。ここで、従来の給水流量計には、フローノズル(差圧式)流量計が用いられていた。このフローノズル流量計を利用した場合の確率分布201では、熱出力演算精度が小さいため標準偏差が大きく、幅広な確率分布となる。したがって、安全基準として例えば97.7%の確率を考えると、熱出力102%までが含まれるため、熱出力102%までの安全解析が実施される。   This will be described with reference to FIG. The graph of FIG. 2 represents the probability distribution of the heat output target value (heat output calculation value) when the flow meter is used, the horizontal axis is the heat output, and the vertical axis is the probability. Here, the flow nozzle (differential pressure type) flowmeter was used for the conventional water supply flowmeter. In the probability distribution 201 when this flow nozzle flow meter is used, since the heat output calculation accuracy is small, the standard deviation is large and the probability distribution is wide. Therefore, considering a probability of 97.7% as a safety standard, for example, up to 102% of the thermal output is included, so a safety analysis up to 102% of the thermal output is performed.

これに対し、例えば熱出力演算精度が0.3%となる流量計を利用すれば、確率分布は図2の202のようになり、同じ安全基準を適用して97.7%の確率で熱出力が102%を超えないようにすると、熱出力目標値は101.7%になり、1.7%の増出力が可能となる。   On the other hand, for example, if a flow meter with a thermal output calculation accuracy of 0.3% is used, the probability distribution will be as shown in 202 of FIG. If the output does not exceed 102%, the heat output target value becomes 101.7%, and an increase of 1.7% is possible.

従って、給水流量の計測精度を向上し、熱出力演算における見込誤差を小さくすることができれば、安全を担保したまま、熱出力目標値を現状の100%から102%近くまで増強することができる。これは、プラント全体に変更を加えなくても、流量計を変えるだけで出力を向上し、プラントの運転効率を向上することができることを示している。   Therefore, if the measurement accuracy of the feed water flow rate can be improved and the expected error in the heat output calculation can be reduced, the heat output target value can be increased from the current 100% to nearly 102% while ensuring safety. This indicates that the output can be improved and the operation efficiency of the plant can be improved only by changing the flow meter without changing the entire plant.

上記要望を満たすことが可能な、流量計測精度が高い流量計として、超音波流量計がある。超音波流量計には、ドップラー式,伝搬時間差式,相関式等、種々あるが、中でも配管内に直接超音波センサを挿入した伝搬時間差式流量計は、複数の計測線における平均流速を同時に計測することができるため高い計測精度を持つことが知られている。   There is an ultrasonic flow meter as a flow meter with high flow rate measurement accuracy that can satisfy the above-mentioned demand. There are various ultrasonic flowmeters such as Doppler type, propagation time difference type, correlation type, etc. Among them, the propagation time difference type flowmeter in which an ultrasonic sensor is inserted directly into the pipe measures the average flow velocity at multiple measurement lines simultaneously. It is known to have high measurement accuracy because it can be performed.

原子炉給水流量計として超音波流量計を利用することで、計測精度を高め、それに応じて出力増強し、プラントの運転効率を向上する方法については、例えば非特許文献1で解説されている。   For example, Non-Patent Document 1 describes a method of improving the measurement accuracy by using an ultrasonic flowmeter as a reactor water supply flowmeter, increasing the output accordingly, and improving the operation efficiency of the plant.

また、原子炉給水流量計の精度向上対策として、例えば特許文献1には、フローノズル流量計の経年劣化による精度低下を補正して精度向上を図ることが記載されている。特許文献2には、フローノズル流量計とともに超音波流量計を利用することによって、計測精度状態を判定し、その判定結果に応じた熱出力目標値を選択することで、計測精度に対する信頼性を高め、プラントの運転効率向上を図ることが知られている。   Further, as a measure for improving the accuracy of the reactor water supply flow meter, for example, Patent Document 1 describes that the accuracy is improved by correcting a decrease in accuracy due to aged deterioration of the flow nozzle flow meter. In Patent Document 2, by using an ultrasonic flowmeter together with a flow nozzle flowmeter, a measurement accuracy state is determined, and a heat output target value corresponding to the determination result is selected. It is known to increase and improve the operation efficiency of the plant.

特開平1−221700号公報JP-A-1-221700 特開2006−16413号公報JP 2006-16413 A

「原子炉出力向上に関する技術検討評価の結果について」原子力学会誌,vol.50 No.12 (2008)“Results of Technical Review and Evaluation for Reactor Power Improvement”, Journal of Atomic Energy Society, vol. 50 No. 12 (2008)

以上説明した特許文献、非特許文献によれば、超音波流量計の中でも、特に高精度な8測線伝播時間差式超音波流量計を給水流量計として利用することで計測精度を高めることができ、それに伴ってプラントの運転効率を向上できることが知られている。また構造上経年劣化や圧力損失を生じるフローノズル流量計の代わりに超音波流量計を利用するメリットも大きいことが分かっている。   According to the patent document and the non-patent document described above, among the ultrasonic flowmeters, the measurement accuracy can be increased by using a highly accurate 8-line propagation time difference type ultrasonic flowmeter as a feed water flowmeter, Accordingly, it is known that the operation efficiency of the plant can be improved. In addition, it has been found that the advantage of using an ultrasonic flowmeter instead of a flow nozzle flowmeter, which causes structural deterioration and pressure loss, is great.

このような超音波流量計を利用する場合においても、原子炉熱出力の監視に際しては万全の安全確認が求められる。安全設計基準に対して十分な精度を保っているかを検証し、保証することが非常に重要である。然しながら、これらの特許文献、非特許文献には、超音波給水流量計の検証を行うための手法について記載されていない。   Even when such an ultrasonic flowmeter is used, a thorough safety check is required for monitoring the reactor heat output. It is very important to verify and ensure that the safety design standards are sufficiently accurate. However, these patent documents and non-patent documents do not describe a method for verifying the ultrasonic water supply flowmeter.

以上のことから、本発明の目的は、伝播時間差式超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能とする超音波給水流量計の検証方法を提供することにある。   From the above, the object of the present invention is to improve the reliability of the measurement accuracy of the feed water flow rate by the propagation time difference type ultrasonic feed water flow meter, thereby making it possible to reduce the expected error in the heat output calculation, An object of the present invention is to provide a method for verifying an ultrasonic feed water flow meter that can improve the operation efficiency of a plant.

上記目的を達成するために、本発明の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいては、数値解析による超音波流量計シミュレーションの許容誤差を設定する解析誤差設定手段と、超音波流量計スプール及びその前後配管内の3次元流れの数値計算メッシュを作成する数値計算メッシュ作成手段と、数値計算メッシュを利用して配管内の流速分布を計算する流体解析手段と、流体解析の誤差を計算する流体解析誤差計算手段と、流体解析の結果を数値計算メッシュの超音波流量計スプール部の各メッシュ要素に割り当てる流速ベクトル取得手段と、数値計算メッシュの超音波流量計スプール部と流速ベクトルを利用して各測線の超音波伝播経路上の平均流速を算出する積分平均流速計算手段と、数値計算メッシュの超音波流量計スプール部と流速ベクトルを利用して超音波伝播解析を行い、伝播時間差による各測線の線平均流速を算出する伝播時間差平均流速計算手段と、積分平均流速と伝播時間差平均流速の差を比較し、解析誤差設定手段で設定された許容値の範囲にあるかどうかを判定する超音波伝播解析誤差判定手段と、超音波伝播解析誤差判定の結果、許容値を超えていれば数値計算メッシュを修正する数値計算メッシュ修正手段と、伝播時間差平均流速から超音波流量計の流量計算結果を解析する流量計算手段と、流量計算結果及び流体解析誤差及び超音波伝播解析誤差を表示する解析結果表示手段とを備える。   In order to achieve the above object, in the propagation time difference type ultrasonic flowmeter verification system of the present invention, an analysis error setting means for setting an allowable error of ultrasonic flowmeter simulation by numerical analysis, an ultrasonic flowmeter spool, Numerical calculation mesh generating means for generating a numerical calculation mesh of a three-dimensional flow in the pipe before and after the fluid, fluid analysis means for calculating a flow velocity distribution in the pipe using the numerical calculation mesh, and fluid for calculating an error of the fluid analysis Analysis error calculation means, flow velocity vector acquisition means for assigning the result of fluid analysis to each mesh element of the ultrasonic flowmeter spool section of the numerical calculation mesh, ultrasonic flowmeter spool section and flow velocity vector of the numerical calculation mesh Integral average flow velocity calculation means for calculating the average flow velocity on the ultrasonic propagation path of each survey line, and ultrasonic flowmeter spool with numerical calculation mesh Compare the difference between the integrated average flow velocity and the propagation time difference average flow velocity, and the analysis error. Ultrasonic wave propagation analysis error determination means that determines whether the value is within the allowable range set by the setting means, and numerical calculation that corrects the numerical calculation mesh if the ultrasonic wave analysis error determination results in exceeding the allowable value A mesh correction means, a flow rate calculation means for analyzing the flow rate calculation result of the ultrasonic flowmeter from the propagation time difference average flow velocity, and an analysis result display means for displaying the flow rate calculation result, the fluid analysis error, and the ultrasonic propagation analysis error.

また、数値計算メッシュ作成手段は、超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュ幅がそれ以外の部位より細分化されるように設定する。   Further, the numerical calculation mesh creating means sets so that the mesh width on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flowmeter spool section is subdivided from other portions.

また、数値計算メッシュ作成手段は、超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュが超音波伝播方向に対して直交するように設定する。   Further, the numerical calculation mesh creating means sets the mesh on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flowmeter spool unit so as to be orthogonal to the ultrasonic propagation direction.

また、流体解析誤差計算手段は、数値計算メッシュ超音波流量計スプール部の流速ベクトルを利用し、管軸に垂直な複数の断面における流量と入力流量の差から計算する。   Further, the fluid analysis error calculation means calculates from the difference between the flow rate and the input flow rate in a plurality of cross sections perpendicular to the tube axis, using the flow velocity vector of the numerical calculation mesh ultrasonic flow meter spool.

また、流速ベクトル取得手段は、積分平均流速計算手段及び伝播時間差平均流速計算手段に必要な各測線の超音波伝播経路上の流速ベクトルのみを取得する。   Moreover, the flow velocity vector acquisition means acquires only the flow velocity vector on the ultrasonic propagation path of each survey line necessary for the integral average flow velocity calculation means and the propagation time difference average flow velocity calculation means.

また、伝播時間差平均流速計算手段は、主音線の伝播経路を計算するレイトレース法を数値計算メッシュの超音波伝播経路上の各要素に適用する。   The propagation time difference average flow velocity calculation means applies a ray tracing method for calculating the propagation path of the main sound ray to each element on the ultrasonic propagation path of the numerical calculation mesh.

また、伝播時間差平均流速計算手段は、超音波の音の拡がりを模擬した複数の音線の伝播経路を計算するレイトレース法を数値計算メッシュの超音波伝播経路上の各要素に適用する。   Further, the propagation time difference average flow velocity calculating means applies a ray tracing method for calculating a propagation path of a plurality of sound rays simulating the spread of ultrasonic sound to each element on the ultrasonic propagation path of the numerical calculation mesh.

また、伝播時間差平均流速計算手段は、レイトレース法として微小時間毎の伝播経路を計算する。   Further, the propagation time difference average flow velocity calculation means calculates a propagation path for each minute time as a ray tracing method.

また、伝播時間差平均流速計算手段は、微小時間毎の伝播経路において、各要素または各節点の流速ベクトルから補間計算により求めた流速ベクトルを利用する。   Further, the propagation time difference average flow velocity calculation means uses a flow velocity vector obtained by interpolation calculation from the flow velocity vector of each element or each node in the propagation path every minute time.

また、伝播時間差平均流速計算手段は、有限要素法または有限体積法を適用する。   Moreover, the finite element method or the finite volume method is applied to the propagation time difference average flow velocity calculation means.

また、数値計算メッシュ修正手段は、超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュ幅がそれ以外の部位より細分化されるように設定する。   The numerical calculation mesh correction means sets so that the mesh width on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flowmeter spool section is subdivided from other portions.

また、数値計算メッシュ修正手段は、超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュが超音波伝播方向に対して直交するように設定する。   Further, the numerical calculation mesh correcting means sets the mesh on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flowmeter spool unit so as to be orthogonal to the ultrasonic propagation direction.

上記目的を達成するために、本発明の伝播時間差式超音波流量計の検証方法では、数値解析による超音波流量計シミュレーションの許容誤差を設定する解析誤差設定工程と、超音波流量計スプール及びその前後配管内の3次元流れの数値計算メッシュを作成するメッシュ作成工程と、メッシュを利用して配管内の流速分布を計算する流体解析工程と、流体解析の結果を前記メッシュの超音波流量計スプール部の各要素に割り当てる流速ベクトル取得工程と、メッシュの超音波流量計スプール部と流速ベクトルを利用して各測線の超音波伝播経路上の平均流速を算出する積分平均流速計算工程と、メッシュの超音波流量計スプール部と流速ベクトルを利用して超音波伝播解析を行い、伝播時間差による各測線の線平均流速を算出する伝播時間差平均流速計算工程と、積分平均流速と伝播時間差平均流速の差を比較し、解析誤差設定手段で設定された許容値の範囲にあるかどうかを判定する解析誤差判定工程と、解析誤差判定の結果、許容値を超えていれば数値計算メッシュを修正するメッシュ修正工程と、伝播時間差平均流速から超音波流量計の流量計算結果を解析する流量計算工程と、流量計算結果及び解析誤差を表示する解析結果表示工程とを備えた。   In order to achieve the above object, in the propagation time difference type ultrasonic flowmeter verification method of the present invention, an analysis error setting step for setting an allowable error of an ultrasonic flowmeter simulation by numerical analysis, an ultrasonic flowmeter spool, and its A mesh creation process for creating a numerical calculation mesh for the three-dimensional flow in the front and rear pipes, a fluid analysis process for calculating the flow velocity distribution in the pipe using the mesh, and the result of the fluid analysis is the ultrasonic flowmeter spool of the mesh A flow velocity vector acquisition step to be assigned to each element of the section, an integral average flow velocity calculation step of calculating an average flow velocity on the ultrasonic propagation path of each measurement line using the mesh ultrasonic flowmeter spool portion and the flow velocity vector, Propagation time difference to calculate line average flow velocity of each survey line by conducting ultrasonic propagation analysis using ultrasonic flow meter spool and flow velocity vector Comparing the average flow velocity calculation step, the difference between the integrated average flow velocity and the propagation time difference average flow velocity, and determining whether it is within the allowable range set by the analysis error setting means, and the result of the analysis error determination If the allowable value is exceeded, the mesh correction process corrects the numerical calculation mesh, the flow calculation process that analyzes the flow rate calculation result of the ultrasonic flowmeter from the propagation time difference average flow velocity, and the analysis that displays the flow rate calculation result and analysis error And a result display step.

上記目的を達成するために、本発明の伝播時間差式超音波流量計の検証方法では、超音波流量計を設置する対象配管部分を3次元にメッシュで区分けし、流体解析を実施して超音波伝播経路部を含むメッシュ部分ごとの流速を求め、超音波伝播経路部での流体解析結果から求めた平均流速と、超音波伝播経路部での超音波の伝播時間差から求めた平均流速の差を求め、2つの平均流速の差を、超音波伝播誤差として解析許容誤差と比較し、解析許容誤差範囲以上であるときには、メッシュを細密化した上で、再度前記平均流速の差を求め、解析許容誤差範囲以内のときの超音波伝播誤差を評価する。   In order to achieve the above object, in the method of verifying the propagation time difference type ultrasonic flowmeter of the present invention, the target pipe portion where the ultrasonic flowmeter is installed is divided into three-dimensional meshes, fluid analysis is performed, and ultrasonic waves are analyzed. Obtain the flow velocity of each mesh part including the propagation path part, and calculate the difference between the average flow speed obtained from the fluid analysis result in the ultrasonic propagation path part and the average flow speed obtained from the difference in ultrasonic propagation time in the ultrasonic propagation path part. The difference between the two average flow velocities is compared with the analysis allowable error as an ultrasonic propagation error. If the difference is within the analysis allowable error range, the mesh is refined and the difference between the average flow velocities is calculated again and the analysis allowable Evaluate the ultrasonic propagation error when it is within the error range.

本発明の超音波流量計の検証システムにより、伝播時間差式超音波流量計による流量の計測値を高精度で予測することができ、また伝播時間差式超音波流量計の数値解析による予測精度を明確に示すことができ、それにより伝播時間差式超音波流量計の精度保証を高い信頼性の下で行うことが可能となる。   With the ultrasonic flow meter verification system of the present invention, it is possible to predict the measurement value of the flow rate with the propagation time difference type ultrasonic flow meter with high accuracy, and clarify the prediction accuracy with the numerical analysis of the propagation time difference type ultrasonic flow meter. Accordingly, it is possible to guarantee the accuracy of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter with high reliability.

本発明の実施例による超音波流量計の検証システムの概略構成図。The schematic block diagram of the verification system of the ultrasonic flowmeter by the Example of this invention. 流量計を使用した時の熱出力目標値(熱出力演算値)の確率分布を示す図。The figure which shows the probability distribution of the heat output target value (heat output calculation value) when using a flowmeter. 超音波流量計を設置した配管の流体の流れ方向断面を示す図。The figure which shows the flow direction cross section of the fluid of the piping which installed the ultrasonic flowmeter. 超音波流量計を設置した配管の管軸方向に垂直な断面を示す図。The figure which shows a cross section perpendicular | vertical to the pipe-axis direction of piping which installed the ultrasonic flowmeter. 配管の流体流れ方向断面のメッシュ作成例を示す図。The figure which shows the example of mesh creation of the fluid flow direction cross section of piping. 配管の管軸方向に垂直な断面のメッシュ作成例を示す図。The figure which shows the mesh creation example of a cross section perpendicular | vertical to the pipe-axis direction of piping. 配管の流体流れ方向断面の流体解析結果を示す図。The figure which shows the fluid analysis result of the fluid flow direction cross section of piping. 配管の管軸方向に垂直な断面の流体解析結果を示す図。The figure which shows the fluid-analysis result of a cross section perpendicular | vertical to the pipe-axis direction of piping. 主音線の伝播経路を計算するレイトレース法を説明する図。The figure explaining the ray tracing method which calculates the propagation path of a main sound ray. 微小時間毎の伝播経路を計算するレイトレース法を説明する図。The figure explaining the ray trace method which calculates the propagation path for every minute time. 超音波の拡がりを模擬した伝播経路を計算するレイトレース法を説明する図。The figure explaining the ray tracing method which calculates the propagation path which simulated the spread of an ultrasonic wave. 超音波流量計の検証システムの表示画面の一例を示す図。The figure which shows an example of the display screen of the verification system of an ultrasonic flowmeter. 本発明の実施例による超音波流量計の検証方法のフローチャート。The flowchart of the verification method of the ultrasonic flowmeter by the Example of this invention. 各部で行う処理、その結果を概念的かつ時系列的に表示記載した図。The figure which displayed and described the process performed in each part, and the result notionally and in time series.

本発明の実施例では、超音波流量計の中でも高い計測精度を持つことが知られている伝搬時間差式超音波流量計であって、原子力発電プラントの熱出力演算に用いる給水流量値の計測に採用される8計測線を有する超音波流量計を念頭においている。   In an embodiment of the present invention, it is a propagation time difference type ultrasonic flow meter that is known to have high measurement accuracy among ultrasonic flow meters, and is used for measuring a feed water flow rate value used for heat output calculation of a nuclear power plant. The ultrasonic flowmeter with 8 measuring lines employed is in mind.

このため、まず8測線伝播時間差式超音波流量計の構造と計測原理について、図3を用いて説明する。図3aは、超音波流量計を設置した配管であるスプール300の横断面(流体の流れ方向断面)を示している。また、図3bは、同じくスプール300の管軸方向に垂直な断面を示している。   For this reason, the structure and measurement principle of an eight-line propagation time difference type ultrasonic flowmeter will be described with reference to FIG. FIG. 3 a shows a cross section (cross section in the fluid flow direction) of the spool 300 that is a pipe provided with an ultrasonic flowmeter. 3b shows a cross section of the spool 300 that is also perpendicular to the tube axis direction.

図3bに特徴がよく現れているように、スプール300の周囲には、超音波センサ(正確には超音波センサを設置したセンサハウジング)を挿入する枝管(ボス)が16本溶接されている。実線で示す2a〜17aが枝管(ボス)であり、点線で示す2b〜17bが、枝管(ボス)の中に挿入された超音波センサである。なお、図示上、1つの枝管(ボス)に対して、あるいは1つの超音波センサに対して、2つの番号が付与されているのは、図3aの流体流れ方向の図示から明らかなように、図3bの手前と奥側にそれぞれこれらを設置したためである。   As shown in FIG. 3b, 16 branch pipes (bosses) into which an ultrasonic sensor (more precisely, a sensor housing in which the ultrasonic sensor is installed) are inserted are welded around the spool 300. . 2a to 17a indicated by solid lines are branch pipes (bosses), and 2b to 17b indicated by dotted lines are ultrasonic sensors inserted into the branch pipes (bosses). It should be noted that, as shown in FIG. 3a, the two numbers are assigned to one branch pipe (boss) or one ultrasonic sensor. This is because these are installed on the front side and the back side in FIG.

図3aは、A−A面でのスプール300の横断面(流体の流れ方向断面)であり、各ボスは、挿入された超音波センサが管軸方向に45°の角度で向かい合うように配置される。例えば、ボス2aに挿入された超音波センサ2bは、ボス3aに挿入された超音波センサ3bと正対している。また、ボス4aに挿入された超音波センサ4bは、ボス5aに挿入された超音波センサ5bと正対している。図3bにおいて、手前と奥側と説明したのは、この場合には、ボス2b、5bが手前、3b、4bが奥側ということになる。図3aには、A−A面でのスプール300の横断面(流体の流れ方向断面)のみを示したが、A−A面に平行な他の設置断面においても図3aと同じ配置とされている。   FIG. 3A is a cross section of the spool 300 in the AA plane (cross section in the fluid flow direction), and each boss is arranged so that the inserted ultrasonic sensor faces the tube axis direction at an angle of 45 °. The For example, the ultrasonic sensor 2b inserted into the boss 2a faces the ultrasonic sensor 3b inserted into the boss 3a. Further, the ultrasonic sensor 4b inserted into the boss 4a faces the ultrasonic sensor 5b inserted into the boss 5a. In FIG. 3b, the front side and the back side have been described. In this case, the bosses 2b and 5b are the front side, and 3b and 4b are the back side. FIG. 3a shows only the cross section of the spool 300 on the AA plane (the cross section in the fluid flow direction), but the other arrangement cross sections parallel to the AA plane have the same arrangement as FIG. 3a. Yes.

これらの正対した二つの超音波センサが1つの測線をなし、16個の超音波センサにより8対の測線を得る。そして、測線ごとにそれぞれ、流れに沿った方向(以下、下流方向と記す)と流れに逆らう方向(以下、上流方向と記す)の超音波伝播時間差を計測することにより超音波センサ間の線平均流速を算出する。   These two ultrasonic sensors facing each other form one survey line, and 16 ultrasonic sensors obtain eight pairs of survey lines. For each measurement line, the line average between the ultrasonic sensors is measured by measuring the difference in ultrasonic propagation time between the direction along the flow (hereinafter referred to as the downstream direction) and the direction against the flow (hereinafter referred to as the upstream direction). Calculate the flow rate.

図3aにおいて、例えば水の流れ方向が、配管スプール内流速分布301に示すように紙面左から右であり、かつ中央部分が流速大、周辺部分(配管スプールの壁面側)が流速少である。このときの、超音波センサ2bと3bの間の線平均流速を求める。これは、まず上流側の超音波センサ2bで発信し下流側の超音波センサ3bで受信したときの下流方向伝播時間Tdを計測し、次に下流側の超音波センサ3bで発信し上流側の超音波センサ2bで受信したときの上流方向伝播時間Tuを計測する。   In FIG. 3a, for example, the flow direction of water is from the left to the right as shown in the flow velocity distribution 301 in the pipe spool, and the central portion has a high flow velocity and the peripheral portion (the wall surface side of the pipe spool) has a low flow velocity. The linear average flow velocity between the ultrasonic sensors 2b and 3b at this time is obtained. This is because the downstream propagation time Td is first measured when it is transmitted by the upstream ultrasonic sensor 2b and received by the downstream ultrasonic sensor 3b, and then transmitted by the downstream ultrasonic sensor 3b. The upstream propagation time Tu when received by the ultrasonic sensor 2b is measured.

このとき、流れ方向の流速Vの影響により、超音波伝播経路方向の見かけの音速がV′=Vsin45だけ、下流方向では速く、上流方向では遅くなる。したがって、伝播時間差ΔTは、ΔT=Tu−Tdで計算され、この値とセンサ間距離及び音速から、センサ間の線平均流速Vが求まる。なお、係る計測は他の測線においても同様に実施される。   At this time, due to the influence of the flow velocity V in the flow direction, the apparent sound velocity in the ultrasonic propagation path direction is V ′ = Vsin45, which is faster in the downstream direction and slower in the upstream direction. Accordingly, the propagation time difference ΔT is calculated by ΔT = Tu−Td, and the linear average flow velocity V between the sensors is obtained from this value, the distance between the sensors, and the speed of sound. Note that the measurement is similarly performed on other survey lines.

図3bは、図3aで説明したように、超音波センサ2bと超音波センサ3bとが対となり、超音波センサ4bと超音波センサ5bが対となっている。また、超音波センサ6bと超音波センサ7bとが対となり、超音波センサ8bと超音波センサ9bが対となっている。また、超音波センサ10bと超音波センサ11bとが対となり、超音波センサ12bと超音波センサ13bが対となっている。また、超音波センサ14bと超音波センサ15bとが対となり、超音波センサ16bと超音波センサ17bが対となっている。このように、各超音波センサの対は、平行な4対と4対が直交するように配置されており、8測線型となっている。   In FIG. 3b, as described in FIG. 3a, the ultrasonic sensor 2b and the ultrasonic sensor 3b are paired, and the ultrasonic sensor 4b and the ultrasonic sensor 5b are paired. Further, the ultrasonic sensor 6b and the ultrasonic sensor 7b are paired, and the ultrasonic sensor 8b and the ultrasonic sensor 9b are paired. Further, the ultrasonic sensor 10b and the ultrasonic sensor 11b are paired, and the ultrasonic sensor 12b and the ultrasonic sensor 13b are paired. Further, the ultrasonic sensor 14b and the ultrasonic sensor 15b are paired, and the ultrasonic sensor 16b and the ultrasonic sensor 17b are paired. As described above, the pairs of ultrasonic sensors are arranged so that four parallel pairs and four pairs are orthogonal to each other, and is an eight-track type.

8測線伝播時間差式超音波流量計においては、8測線それぞれについて求められた線平均流速を用いて、配管スプール内の平均流量を計算する。これには有限の離散値から高精度に積分可能なガウス積分を利用する。ガウス積分では、線平均流速の計測位置が予め定められており、各位置の計測値に重みづけをして積算される。8測線型では、2−3,6−7,10−11,14−15の4測線と4−5,8−9,12−13,16−17の4測線それぞれでガウス積分を行い、その平均をとることで計測精度を高めている。   In the eight-line propagation time difference type ultrasonic flowmeter, the average flow rate in the pipe spool is calculated using the line average flow velocity obtained for each of the eight lines. For this, Gaussian integration that can be integrated with high accuracy from a finite discrete value is used. In Gaussian integration, the measurement position of the linear average flow velocity is determined in advance, and the measurement values at each position are weighted and integrated. In the eight-track type, Gauss integration is performed on each of four survey lines 2-3, 6-7, 10-11, 14-15 and four survey lines 4-5, 8-9, 12-13, 16-17. Measurement accuracy is improved by taking the average.

本発明の実施例においては、上記のような8測線伝播時間差式超音波流量計を念頭において説明する。以下、本発明の一実施形態による超音波流量計の検証システムの内容について説明する。   In the embodiment of the present invention, the above-described eight-line propagation time difference type ultrasonic flowmeter will be described in mind. The contents of the ultrasonic flowmeter verification system according to an embodiment of the present invention will be described below.

図1は、本発明の超音波流量計の検証システムの一実施形態における構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic flow meter verification system according to an embodiment of the present invention.

図1のように、超音波流量計の検証システム100は、計算機で構成される演算部120と、モニタなどで構成される解析結果表示手段111と、演算部120の演算初期状態などを設定する入力部である解析許容誤差データ入力手段101から構成される。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic flowmeter verification system 100 sets a calculation unit 120 configured by a computer, an analysis result display unit 111 configured by a monitor, and a calculation initial state of the calculation unit 120. It comprises analysis allowable error data input means 101 as an input unit.

また、演算部120は、複数の演算手段とその結果を記憶するデータベースから構成される。図中、103乃至110が各演算手段であり、これら記号に「a」を付して示したのが、各演算結果を記憶するデータベースである。具体的には、各演算手段は、数値計算メッシュ作成手段102と、流体解析手段103と、流体解析誤差計算手段104と、流速ベクトル取得手段105と、積分平均流速計算手段106と、伝播時間差平均流速計算手段107と、超音波伝播解析誤差判定手段108と、数値計算メッシュ修正手段109と、流量計算手段110から構成される。   The calculation unit 120 includes a plurality of calculation means and a database that stores the results. In the figure, reference numerals 103 to 110 denote calculation means, and those symbols indicated by “a” are databases that store the calculation results. Specifically, each calculation means includes numerical calculation mesh creation means 102, fluid analysis means 103, fluid analysis error calculation means 104, flow velocity vector acquisition means 105, integral average flow velocity calculation means 106, and propagation time difference average. It comprises a flow velocity calculation means 107, an ultrasonic wave propagation analysis error determination means 108, a numerical calculation mesh correction means 109, and a flow rate calculation means 110.

またデータベースは、解析許容誤差データ記憶装置101aと数値計算メッシュデータ記憶装置102aと、流体解析結果データ記憶装置103aと、流体解析結果データ記憶装置104aと、流速ベクトルデータ記憶装置105aと、積分平均流速データ記憶装置106aと、伝播時間差平均流速データ記憶装置107aと、超音波伝播解析誤差データ記憶装置108aと、流量計算結果データ記憶装置110aから構成される。   The database includes an analysis allowable error data storage device 101a, a numerical calculation mesh data storage device 102a, a fluid analysis result data storage device 103a, a fluid analysis result data storage device 104a, a flow velocity vector data storage device 105a, and an integral average flow velocity. It comprises a data storage device 106a, a propagation time difference average flow velocity data storage device 107a, an ultrasonic propagation analysis error data storage device 108a, and a flow rate calculation result data storage device 110a.

このシステム110の初期状態においては、少なくとも2つの初期状態を設定する。まず、解析許容誤差入力装置101を用いて、解析許容誤差データ記憶装置101aに解析許容誤差を入力する。ここで、解析許容誤差入力装置101や解析許容誤差データ記憶装置101aとは、例えばコンピュータに付随したキーボードや電子的記憶装置である。なお、解析許容誤差とは、対象とする超音波流量計の精度を決定する不確かさ解析から必要条件が設定され、さらに解析精度要求によって定められる値である。また、解析許容誤差は、解析全体として設定してもよいし、流体解析と超音波伝播解析それぞれに設定してもよい。   In the initial state of the system 110, at least two initial states are set. First, using the analysis allowable error input device 101, an analysis allowable error is input to the analysis allowable error data storage device 101a. Here, the analysis allowable error input device 101 and the analysis allowable error data storage device 101a are, for example, a keyboard or an electronic storage device attached to a computer. The analysis allowable error is a value that is determined by an analysis accuracy requirement after a necessary condition is set based on an uncertainty analysis that determines the accuracy of the target ultrasonic flowmeter. Further, the analysis allowable error may be set for the entire analysis, or may be set for each of the fluid analysis and the ultrasonic propagation analysis.

また次に設定される初期状態は、数値計算メッシュであり、数値計算メッシュ作成手段102により作成され、数値計算メッシュデータ記憶装置102aに記憶される。数値計算メッシュデータ記憶装置102aは、解析許容誤差データ記憶装置101aで設定された流体解析の許容誤差以下の精度で流体解析が行われるようなメッシュの精度で作成される。   The initial state to be set next is a numerical calculation mesh, which is generated by the numerical calculation mesh generation means 102 and stored in the numerical calculation mesh data storage device 102a. The numerical calculation mesh data storage device 102a is created with a mesh accuracy such that the fluid analysis is performed with an accuracy equal to or less than the fluid analysis tolerance set by the analysis tolerance data storage device 101a.

具体的には、図3に示した流体の流れ方向断面及び、スプール300の管軸方向に垂直な断面をメッシュで区画分けする。このときに、スプール300の壁面近傍及び流速分布が急峻になる可能性のある部位のメッシュを微細化し、またメッシュのゆがみが大きくならないように設定される。また、超音波流量計スプール部の超音波伝播経路に当たる部分のメッシュは、超音波伝播解析にも利用されるため、超音波伝播経路部分をより精度の高いメッシュにすることも効果的である。超音波伝播経路部分を精度の高いメッシュにした例を図4を用いて説明する。   Specifically, the cross section of the fluid flow direction shown in FIG. 3 and the cross section perpendicular to the tube axis direction of the spool 300 are partitioned by a mesh. At this time, the vicinity of the wall surface of the spool 300 and the portion of the portion where the flow velocity distribution may be steep are refined, and the setting is made so that the distortion of the mesh does not increase. In addition, since the mesh corresponding to the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flowmeter spool portion is also used for ultrasonic propagation analysis, it is also effective to make the ultrasonic propagation path part a more accurate mesh. An example in which the ultrasonic propagation path portion is a highly accurate mesh will be described with reference to FIG.

図4は、本発明の実施例による超音波流量計の検証システムの数値計算メッシュの一例を示す概略図である。図4aに示されたメッシュ400は、図3aの流れ方向断面に対応しており、流量計スプール部300の超音波伝播経路を含む断面のメッシュを示している。メッシュ400の壁面近傍部(上下)は、流体解析精度を考慮して微細化されている。さらに、超音波伝播経路部401は、他の部分に比べて微細化され、超音波伝播方向(図中斜め45度方向)に対して直交するようになっている。これにより、流体解析結果を超音波伝播解析に利用する際に、誤差が小さくなり、超音波流量計シミュレーションの信頼性を向上させることができる。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a numerical calculation mesh of the ultrasonic flowmeter verification system according to the embodiment of the present invention. The mesh 400 shown in FIG. 4A corresponds to the cross section in the flow direction of FIG. 3A, and shows a mesh of a cross section including the ultrasonic wave propagation path of the flow meter spool section 300. The wall surface vicinity (upper and lower) of the mesh 400 is refined in consideration of fluid analysis accuracy. Furthermore, the ultrasonic wave propagation path 401 is made finer than the other parts, and is orthogonal to the ultrasonic wave propagation direction (a 45-degree oblique direction in the figure). Thereby, when using a fluid analysis result for ultrasonic wave propagation analysis, an error becomes small and the reliability of ultrasonic flowmeter simulation can be improved.

また、図4bに示されたメッシュ400は、図3bのスプール300の管軸方向に垂直な断面に対応しており、メッシュ400の壁面近傍部(上下左右)を、流体解析精度を考慮して微細化している。また、超音波伝播経路部401を、他の部分に比べて微細化している。   Further, the mesh 400 shown in FIG. 4b corresponds to a cross section perpendicular to the tube axis direction of the spool 300 in FIG. 3b, and the vicinity of the wall surface (up, down, left and right) of the mesh 400 is considered in consideration of fluid analysis accuracy. It is miniaturized. Further, the ultrasonic wave propagation path portion 401 is made finer than other portions.

図1の、数値計算メッシュデータ記憶装置102aには、数値計算メッシュ作成手段102により作成された例えば図4のようなメッシュデータが記憶されている。   For example, mesh data as shown in FIG. 4 created by the numerical computation mesh creation means 102 is stored in the numerical computation mesh data storage device 102a shown in FIG.

次に、超音波流量計の検証システム100は、数値計算メッシュデータ記憶装置102aを利用して、流体解析手段103により流体解析を行い、流体解析結果を流体解析結果データ記憶装置103aに記憶する。   Next, the verification system 100 of the ultrasonic flowmeter uses the numerical calculation mesh data storage device 102a to perform fluid analysis by the fluid analysis means 103, and stores the fluid analysis result in the fluid analysis result data storage device 103a.

なお、流体解析は周知の手法により実現できるが、例えば解析対象の配管であるスプール300の形状などのデータを有し、またこの配管に流れる流体側の条件として配管入口流量、入口と出口の流体圧力、流速分布などが予め設定されている。ここでは、流体解析結果として、数値計算メッシュデータの各メッシュ要素に対応する部位での、流速ベクトルや圧力、密度、温度等の流体データを得る。   Although fluid analysis can be realized by a well-known method, for example, it has data such as the shape of the spool 300 that is a pipe to be analyzed, and the conditions of the fluid flowing through this pipe include the pipe inlet flow rate, the inlet and outlet fluids. Pressure, flow velocity distribution, etc. are preset. Here, as fluid analysis results, fluid data such as flow velocity vectors, pressures, densities, temperatures, and the like are obtained at portions corresponding to the mesh elements of the numerical calculation mesh data.

図5は、流体解析結果の一例を示す概略図である。図5aは、超音波流量計を設置した配管であるスプール300の横断面(流体の流れ方向断面)を示している。また、図5bは、同じくスプール300の管軸方向に垂直な断面を示している。図5bの管軸に垂直な断面500aにおいて、点線で示した部分501a、502a、503a、504aが、測線の位置を示している。また図5aの管軸に平行な断面500bにおいて、点線で示した部分502b、505bが、測線の位置を示している。502aと502bは同じ測線を示している。図中の白線が数値計算メッシュに対応し、メッシュ内各要素の色の濃淡で示したのが管軸方向の流速である。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a fluid analysis result. FIG. 5a shows a cross section (cross section in the fluid flow direction) of the spool 300, which is a pipe provided with an ultrasonic flowmeter. 5b shows a cross section of the spool 300 that is also perpendicular to the tube axis direction. In the cross section 500a perpendicular to the tube axis in FIG. 5b, portions 501a, 502a, 503a, and 504a indicated by dotted lines indicate the position of the survey line. Further, in a cross section 500b parallel to the tube axis in FIG. 5a, portions 502b and 505b indicated by dotted lines indicate the positions of the survey lines. 502a and 502b show the same survey line. The white line in the figure corresponds to the numerical calculation mesh, and the flow velocity in the tube axis direction is indicated by the shade of the color of each element in the mesh.

この流体解析結果データから、スプール300の中央部分の流速が速く、周辺部分(管壁側の流速が遅いことが見て取れる。図1の、流体解析結果データ記憶装置103aには、流体解析手段103により作成された例えば図5のような流体解析結果データが記憶される。   From this fluid analysis result data, it can be seen that the flow velocity in the central portion of the spool 300 is fast and the peripheral portion (the flow velocity on the tube wall side is slow. The fluid analysis result data storage device 103a in FIG. The created fluid analysis result data as shown in FIG. 5 is stored.

この流体解析結果データから、流体解析誤差計算手段104により、流体解析誤差が計算される。ここで、流体解析誤差計算手段104は、図5bの管軸に垂直な複数の断面における流量を、断面500a内の各メッシュ要素の面積と管軸方向流速の積の総和として算出する。また、他方において流体解析手段103での解析条件とした設定値としての入力流量の差をとる計算を実行する。この流量差は、本来生じないはずであり、この誤差が、流体解析誤差となる。このようにして算出された流体解析誤差は、流体解析誤差データ記憶装置104aに蓄積される。なお、この流体解析誤差は以後の演算においては使用せず、解析結果出力装置111に表示されるために使用される。   From this fluid analysis result data, the fluid analysis error calculation means 104 calculates a fluid analysis error. Here, the fluid analysis error calculation means 104 calculates the flow rate in a plurality of cross sections perpendicular to the tube axis in FIG. 5b as the sum of the products of the area of each mesh element in the cross section 500a and the flow velocity in the tube axis direction. On the other hand, a calculation is performed to take the difference in input flow rate as a set value as an analysis condition in the fluid analysis means 103. This flow rate difference should not occur originally, and this error becomes a fluid analysis error. The fluid analysis error calculated in this way is accumulated in the fluid analysis error data storage device 104a. Note that this fluid analysis error is not used in the subsequent calculation, but is used to be displayed on the analysis result output device 111.

流体解析手段103により求められ、流体解析結果データ記憶装置103aに記憶された流体解析結果データは、流速ベクトル取得手段105において、各側線部分における流速ベクトルデータを取得するために使用される。つまり、流速ベクトル取得手段105においては、流体解析結果データ記憶装置103aに記憶された流速ベクトルの中から、図5bの流体流れ方向断面における502bや505bで示される各測線の超音波伝播経路部分の流速ベクトルを抽出する。抽出された各測線の超音波伝播経路部分の流速ベクトルは、流速ベクトルデータ記憶装置105aに記憶される。   The fluid analysis result data obtained by the fluid analysis means 103 and stored in the fluid analysis result data storage device 103a is used by the flow velocity vector acquisition means 105 to acquire flow velocity vector data at each side line portion. That is, in the flow velocity vector acquisition means 105, the ultrasonic propagation path portion of each survey line indicated by 502b and 505b in the fluid flow direction cross section of FIG. 5b is selected from the flow velocity vectors stored in the fluid analysis result data storage device 103a. Extract the flow vector. The extracted velocity vector of the ultrasonic propagation path portion of each survey line is stored in the velocity vector data storage device 105a.

なお、当該部分の流速ベクトルは、後述する積分平均流速計算手段106と、伝播時間差平均流速計算手段107で利用される。流速ベクトルデータを超音波伝播解析に先立って取得しておくことで、超音波伝播解析時間を短縮することができ、超音波伝播解析時に伝播経路の要素のみ順次取得すれば、計算機の記憶領域を節約することができる。   Note that the flow velocity vector of the portion is used by an integral average flow velocity calculation means 106 and a propagation time difference average flow velocity calculation means 107 described later. By acquiring the velocity vector data prior to the ultrasonic propagation analysis, the ultrasonic propagation analysis time can be shortened, and if only the elements of the propagation path are acquired sequentially during the ultrasonic propagation analysis, the storage area of the computer is saved. Can be saved.

積分平均流速計算手段106においては、数値計算メッシュデータ記憶装置102aに記憶されている数値計算メッシュデータ、及び流速ベクトルデータ記憶装置105aに記憶されている流速ベクトルデータを利用して、積分平均流速データを求める。ここで、積分平均流速とは、図5bの各側線の超音波伝播経路502b、505bの点線内の各メッシュ要素における超音波伝播経路長と管軸方向流速の積の総和をとり、これを測線長(超音波伝播経路長)で除する計算に相当する。この計算により、流体解析結果の流速分布を正としたときの各測線の線平均流速の基準値を求めることができる。つまり、図5bの各側線の超音波伝播経路502b、505bにおける領域内での流体流速の平均値を求めている。この結果は、積分平均流速データ記憶装置106aに記憶される。   The integrated average flow velocity calculation means 106 uses the numerical calculation mesh data stored in the numerical calculation mesh data storage device 102a and the flow velocity vector data stored in the flow velocity vector data storage device 105a to integrate integral average flow velocity data. Ask for. Here, the integrated average flow velocity is the sum of the products of the ultrasonic propagation path length and the pipe axial flow velocity in each mesh element within the dotted lines of the ultrasonic propagation paths 502b and 505b on each side line in FIG. This corresponds to the calculation divided by the length (ultrasonic propagation path length). By this calculation, the reference value of the line average flow velocity of each survey line when the flow velocity distribution of the fluid analysis result is positive can be obtained. That is, the average value of the fluid flow velocity in the area | region in the ultrasonic propagation path 502b of each side line of FIG. 5b and 505b is calculated | required. This result is stored in the integrated average flow velocity data storage device 106a.

次に、伝播時間差平均流速計算手段107により、数値計算メッシュデータ記憶装置102aに記憶されている数値計算メッシュデータ、及び流速ベクトルデータ記憶装置105aに記憶されている流速ベクトルデータを利用して、伝播時間差による各測線の線平均流速を計算する。   Next, the propagation time difference average flow velocity calculation means 107 uses the numerical calculation mesh data stored in the numerical calculation mesh data storage device 102a and the flow velocity vector data stored in the flow velocity vector data storage device 105a to propagate. Calculate the line average velocity of each survey line due to the time difference.

ここで、伝播時間差平均流速計算手段107においては、超音波伝播解析を行い、流体中の超音波伝播をシミュレートする。なお、超音波伝播解析は、有限要素法や有限体積法を用いて詳細に解析してもよいし、簡易なレイトレース法を用いても迅速かつ高精度に超音波伝播時間を計算することができる。   Here, the propagation time difference average flow velocity calculation means 107 performs ultrasonic propagation analysis to simulate ultrasonic propagation in the fluid. The ultrasonic propagation analysis may be performed in detail using the finite element method or the finite volume method, or the ultrasonic propagation time can be calculated quickly and with high accuracy using a simple ray tracing method. it can.

図6を用いて、レイトレース法による伝播時間差平均流速計算の例について説明する。図6は、主音線の伝播経路を計算するレイトレース法を前記数値計算メッシュの超音波伝播経路上のメッシュ要素毎に適用した場合の超音波伝播解析方法を示す概略図である。図6(a)(b)(C)は、いずれも図5aのスプール300の長手方向の各側線の超音波伝播経路502b、505bにおける領域内を表している。具体的には、図の横方向に流体が流れる方向をとり、ここでは横4、縦3のメッシュによる領域600を構成している。   An example of propagation time difference average flow velocity calculation by the ray tracing method will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing an ultrasonic propagation analysis method when the ray tracing method for calculating the propagation path of the main sound ray is applied to each mesh element on the ultrasonic propagation path of the numerical mesh. 6 (a), 6 (b), and 6 (C) each show the inside of the ultrasonic wave propagation paths 502b and 505b on the respective side lines in the longitudinal direction of the spool 300 in FIG. 5A. Specifically, the direction of fluid flow is taken in the horizontal direction of the figure, and here, a region 600 is formed by a horizontal 4 and vertical 3 mesh.

図6(a)において、601aは超音波センサからの主音線であり、左下から右上に向けて45度の角度で照射されている。これに対し、流体流速605は、メッシュ要素毎に求められて流速ベクトルデータ記憶装置150aに記憶されており、図の例では左上部の流速が大きい。この結果、超音波の音速ベクトル601aと流速ベクトル605の和によりメッシュ要素毎の伝播方向及び伝播速度が設定され、送信されてから受信されるまでに通過する各メッシュ要素の通過時間の和が超音波伝播時間として計算される。これにより、流体解析結果に忠実な超音波伝播解析結果を得ることができる。   In FIG. 6A, reference numeral 601a denotes a main sound ray from the ultrasonic sensor, which is irradiated at an angle of 45 degrees from the lower left to the upper right. On the other hand, the fluid flow velocity 605 is obtained for each mesh element and stored in the flow velocity vector data storage device 150a, and the flow velocity in the upper left portion is large in the example of the figure. As a result, the propagation direction and propagation velocity for each mesh element are set by the sum of the ultrasonic sound velocity vector 601a and the flow velocity vector 605, and the sum of the passage times of the mesh elements passing from transmission to reception is superfluous. Calculated as sound wave propagation time. Thereby, an ultrasonic propagation analysis result faithful to the fluid analysis result can be obtained.

図6(b)は、微小時間毎の伝播経路を計算するレイトレース法を前記数値計算メッシュの超音波伝播経路に適用した場合の超音波伝播解析方法を示す概略図である。この場合、微小な一定周期ごとの各時刻における主音線601bの位置602に対して、前記の各メッシュ要素または各節点の流速ベクトルから補間計算により求めた流速ベクトルを利用する。この方法では、時間ステップ幅を小さくすることにより、解析精度の向上を図ることができるが、補間による誤差も含まれる。   FIG. 6B is a schematic diagram showing an ultrasonic propagation analysis method when a ray tracing method for calculating a propagation path for every minute time is applied to the ultrasonic propagation path of the numerical calculation mesh. In this case, a flow velocity vector obtained by interpolation calculation from the flow velocity vectors of the mesh elements or nodes is used for the position 602 of the main sound ray 601b at each minute fixed period. In this method, the analysis accuracy can be improved by reducing the time step width, but errors due to interpolation are also included.

図6(c)は、超音波の音の拡がりを模擬した複数の音線の伝播経路を計算するレイトレース法を前記数値計算メッシュの超音波伝播経路上の各要素毎に適用した場合の超音波伝播解析方法を示す概略図である。図6(a)と同様に、主音線601cを解析するのと同時に、超音波ビームの拡がりに対応する副音線603や604(さらに増やしてもよい)に対しても伝播解析を行う。このとき、超音波の音圧に対応した値を主音線及び副音線に設定することで、信号の強度を予測することができ、シミュレーションの信頼性を高めることができる。   FIG. 6C shows a case where a ray tracing method for calculating a propagation path of a plurality of sound rays simulating the spread of ultrasonic sound is applied to each element on the ultrasonic propagation path of the numerical calculation mesh. It is the schematic which shows a sound wave propagation analysis method. Similar to FIG. 6A, the main sound ray 601c is analyzed, and at the same time, the propagation analysis is also performed on the secondary sound rays 603 and 604 (which may be further increased) corresponding to the expansion of the ultrasonic beam. At this time, by setting values corresponding to the sound pressure of the ultrasonic wave to the main sound line and the sub sound line, the signal intensity can be predicted, and the reliability of the simulation can be improved.

伝播時間差平均流速計算手段107では、上記した手法を利用して伝播時間差平均流速を求め、伝播時間差平均流速記憶装置107aに記憶する。   The propagation time difference average flow velocity calculation means 107 obtains the propagation time difference average flow velocity using the above-described method and stores it in the propagation time difference average flow velocity storage device 107a.

次に、超音波伝播解析誤差判定手段108においては、積分平均流速データ記憶装置106aに記憶されている積分平均流速データ及び伝播時間差平均流速記憶装置107aに記憶されている伝播時間差平均流速データの差を、超音波伝播解析誤差データ記憶装置108aに記憶されている解析許容誤差データと比較し、超音波伝播解析誤差データを求める。   Next, in the ultrasonic propagation analysis error determination means 108, the difference between the integrated average flow velocity data stored in the integrated average flow velocity data storage device 106a and the propagation time difference average flow velocity data stored in the propagation time difference average flow velocity storage device 107a. Is compared with the analysis allowable error data stored in the ultrasonic propagation analysis error data storage device 108a to obtain ultrasonic propagation analysis error data.

ここで、積分平均流速データと伝播時間差平均流速データの差を求めることの意味について説明すると、いずれも図5bの配管長手方向の側線部分502b、505bでの平均流速である。ただし、積分平均流速データは、流体解析手段103における流体解析結果から求めた平均流速であり、伝播時間差平均流速データは、伝播時間差平均流速計算手段107における超音波の伝播時間差から求めた平均流速である。これらの平均流速は同一場所を異方式により計測したものであり、本来同一値となるべきである。   Here, the meaning of obtaining the difference between the integrated average flow velocity data and the propagation time difference average flow velocity data will be described. Both are the average flow velocity at the side line portions 502b and 505b in the pipe longitudinal direction in FIG. However, the integrated average flow velocity data is the average flow velocity obtained from the fluid analysis result in the fluid analysis means 103, and the propagation time difference average flow velocity data is the average flow velocity obtained from the ultrasonic propagation time difference in the propagation time difference average flow velocity calculation means 107. is there. These average flow velocities are measured at the same place by different methods, and should be the same value.

これらに差異を生じる場合、この原因は図4の数値計算メッシュが粗いことにあると考えられる。メッシュが十分に細密であれば平均流速データの差は、超音波伝播解析誤差データ記憶装置108aに記憶されている解析許容誤差データ以下となるはずである。   If there is a difference between these, it is considered that this is because the numerical mesh shown in FIG. 4 is coarse. If the mesh is sufficiently fine, the difference in average flow velocity data should be equal to or less than the analysis allowable error data stored in the ultrasonic wave propagation analysis error data storage device 108a.

このことから、本発明においては、解析誤差が許容値を超えている場合には、数値計算メッシュ修正手段109により、数値計算メッシュデータを修正する。そのうえで、以上説明した、積分平均流速データと伝播時間差平均流速データの差を求める一連の処理を再度実行する。このとき、超音波流量計スプール部の超音波伝播経路に当たる部分のメッシュは、図4に示したような超音波伝播経路部分をより精度の高いメッシュにすることにより、超音波伝播解析誤差を小さくすることができる。   Therefore, in the present invention, when the analysis error exceeds the allowable value, the numerical calculation mesh correction means 109 corrects the numerical calculation mesh data. Then, the series of processes for obtaining the difference between the integrated average flow velocity data and the propagation time difference average flow velocity data described above is executed again. At this time, the mesh of the ultrasonic wave flow path spool portion corresponding to the ultrasonic wave propagation path has a smaller ultrasonic wave propagation analysis error by making the ultrasonic wave propagation path part as shown in FIG. can do.

再修正の結果、積分平均流速データと伝播時間差平均流速データの差が、解析許容誤差データの範囲内に収まったときには、この結果を超音波伝播解析誤差データ記憶装置108aに記憶させる。   When the difference between the integrated average flow velocity data and the propagation time difference average flow velocity data falls within the range of the analysis permissible error data as a result of the recorrection, this result is stored in the ultrasonic propagation analysis error data storage device 108a.

最後に、流量計算手段110により、超音波流量計の計測値を予測した流量計算結果データが流量計算結果データ記憶装置110aに記憶され、解析結果出力装置111により、流量計算結果データ及び解析許容誤差データ、流体解析誤差データ、超音波伝播解析誤差データが表示画面に表示される。   Finally, the flow rate calculation means 110 stores the flow rate calculation result data in which the measurement value of the ultrasonic flowmeter is predicted, and the flow rate calculation result data storage device 110a stores the flow rate calculation result data and the analysis allowable error. Data, fluid analysis error data, and ultrasonic propagation analysis error data are displayed on the display screen.

図7は、解析結果出力装置111の表示画面の一例を示す概略図である。ここで、表示画面700は、装置の画面であってもよいし、性能保証書に添付する資料であってもよい。表示画面700は、流量計測値シミュレーション結果表示画面701及び解析誤差評価結果表示画面702からなる。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a display screen of the analysis result output device 111. Here, the display screen 700 may be a screen of the apparatus or a document attached to the performance guarantee. The display screen 700 includes a flow rate measurement value simulation result display screen 701 and an analysis error evaluation result display screen 702.

流量計測値シミュレーション結果表示画面701には、入力流量及び実機条件流量出力値、流量補正係数のシミュレーション結果が表示される。また各測線の線平均流速結果や流速分布の結果を表示してもよい。また、流量に対する流量出力値や流量補正係数のグラフ等により、流量計の精度に対するシミュレーション結果を詳細に表示することにより流量計の精度保証を行うことができる。   The flow rate measurement value simulation result display screen 701 displays simulation results of the input flow rate, the actual machine condition flow rate output value, and the flow rate correction coefficient. Moreover, you may display the result of the line average flow velocity and flow velocity distribution of each survey line. In addition, the accuracy of the flow meter can be guaranteed by displaying the simulation result for the accuracy of the flow meter in detail using a flow rate output value for the flow rate, a graph of the flow rate correction coefficient, or the like.

解析誤差評価結果表示画面702には、解析許容誤差設定値(解析許容誤差入力データ記憶装置101a)や流体解析誤差データ(流体解析誤差データ記憶装置104a)、超音波伝播解析誤差データ(超音波伝播解析誤差データ記憶装置108a)、流量計算誤差(流体計算結果データ記憶装置110a)等が表示される。特に、超音波伝播誤差については、側線ごとの超音波伝播誤差が表示される。これにより、解析による誤差を正確に把握することができ、流量計精度保証の信頼積を向上することができる。   The analysis error evaluation result display screen 702 includes an analysis allowable error setting value (analysis allowable error input data storage device 101a), fluid analysis error data (fluid analysis error data storage device 104a), and ultrasonic propagation analysis error data (ultrasonic propagation). Analysis error data storage device 108a), flow rate calculation error (fluid calculation result data storage device 110a), and the like are displayed. In particular, for the ultrasonic propagation error, the ultrasonic propagation error for each side line is displayed. Thereby, the error by analysis can be grasped | ascertained correctly and the reliability product of a flowmeter accuracy guarantee can be improved.

本発明の超音波流量計の検証システムにより、伝播時間差式超音波流量計による流量の計測値を高精度で予測することができ、また伝播時間差式超音波流量計の数値解析による予測精度を明確に示すことができ、それにより伝播時間差式超音波流量計の精度保証を高い信頼性の下で行うことが可能となる。   With the ultrasonic flow meter verification system of the present invention, it is possible to predict the measurement value of the flow rate with the propagation time difference type ultrasonic flow meter with high accuracy, and clarify the prediction accuracy with the numerical analysis of the propagation time difference type ultrasonic flow meter. Accordingly, it is possible to guarantee the accuracy of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter with high reliability.

図8は、本発明の実施例による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing a verification procedure of the verification method of the ultrasonic flowmeter according to the embodiment of the present invention.

超音波流量計の検証を開始すると、解析誤差設定ステップS101により数値解析による超音波流量計シミュレーションの許容誤差を設定する。次に、数値計算メッシュ作成ステップS102により、超音波流量計スプール及びその前後配管内の3次元流れの数値計算メッシュを作成する。配管内流体解析ステップS103により、数値計算メッシュを利用して配管内の流速分布を計算する。   When verification of the ultrasonic flowmeter is started, an allowable error of the ultrasonic flowmeter simulation by numerical analysis is set in an analysis error setting step S101. Next, a numerical calculation mesh for a three-dimensional flow in the ultrasonic flowmeter spool and its front and rear pipes is generated in a numerical calculation mesh generation step S102. In the in-pipe fluid analysis step S103, the flow velocity distribution in the pipe is calculated using a numerical calculation mesh.

次に、流体解析誤差判定ステップS104において、流体解析の誤差が解析誤差設定ステップS101で定めた許容値より大きいか否かを判定する。許容値を超える場合には、数値計算メッシュ修正ステップS105により、数値計算メッシュを修正した後、再度配管内流体解析ステップS103を行う。   Next, in the fluid analysis error determination step S104, it is determined whether or not the fluid analysis error is larger than the allowable value determined in the analysis error setting step S101. If the allowable value is exceeded, the numerical calculation mesh is corrected by the numerical calculation mesh correction step S105, and then the in-pipe fluid analysis step S103 is performed again.

流体解析誤差が許容値以下の場合には、流速ベクトル取得ステップS106により流体解析の結果を数値計算メッシュの超音波流量計スプール部の各メッシュ要素に割り当て、積分平均流速計算S107によりメッシュの超音波流量計スプール部と流速ベクトルを利用して各測線の超音波伝播経路上の平均流速を算出する。また、伝播時間差平均流速計算ステップS108によりメッシュの超音波流量計スプール部と流速ベクトルを利用して超音波伝播解析を行い、伝播時間差による各測線の線平均流速を算出する。   If the fluid analysis error is less than the allowable value, the result of the fluid analysis is assigned to each mesh element of the ultrasonic flowmeter spool section of the numerical calculation mesh in the flow velocity vector acquisition step S106, and the ultrasonic wave of the mesh is calculated in the integral average flow velocity calculation S107. The average flow velocity on the ultrasonic propagation path of each survey line is calculated using the flow meter spool section and the flow velocity vector. Further, in the propagation time difference average flow velocity calculation step S108, ultrasonic propagation analysis is performed using the ultrasonic flowmeter spool portion of the mesh and the flow velocity vector, and the line average flow velocity of each survey line due to the propagation time difference is calculated.

超音波伝播解析誤差判定ステップS109では、積分平均流速と伝播時間差平均流速の差を比較し、解析誤差設定手段で設定された許容値の範囲にあるかどうかを判定する。超音波伝播解析誤差が許容値を超える場合には、数値計算メッシュ修正ステップS105により、数値計算メッシュを修正した後、再度配管内流体解析ステップS103を行う。   In the ultrasonic wave propagation analysis error determination step S109, the difference between the integrated average flow velocity and the propagation time difference average flow velocity is compared, and it is determined whether the difference is within the allowable value range set by the analysis error setting means. If the ultrasonic wave propagation analysis error exceeds the allowable value, the numerical calculation mesh is corrected in the numerical calculation mesh correction step S105, and then the in-pipe fluid analysis step S103 is performed again.

超音波伝播解析誤差が許容値以下の場合には、流量計算ステップS110により伝播時間差平均流速から超音波流量計の流量計測値を計算する。最後に、解析結果表示ステップS110により前記流量計算結果及び前記解析誤差を表示する。   When the ultrasonic propagation analysis error is less than the allowable value, the flow rate calculation value of the ultrasonic flowmeter is calculated from the propagation time difference average flow velocity in the flow rate calculation step S110. Finally, the flow rate calculation result and the analysis error are displayed in the analysis result display step S110.

図9は、図1のシステム構成、あるいは図8のフローチャートを実行するときに、各部で行う処理あるいはその結果を概念的かつ時系列的に表示記載したものである。   FIG. 9 conceptually and chronologically displays and describes the processing performed by each unit or the result when the system configuration of FIG. 1 or the flowchart of FIG. 8 is executed.

この流れは、A―Gからなり、これを簡単に説明すると、最初にAでは対象配管部分をメッシュで区分けする。Bでは、メッシュ部分ごとの流体解析を実施して、流体の流速を求める。Cでは、超音波伝播経路部401の各メッシュ部分の流速ベクトルを求める。   This flow is made up of AG, which will be explained briefly. First, in A, the target pipe portion is divided by a mesh. In B, fluid analysis is performed for each mesh portion to determine the fluid flow velocity. In C, the flow velocity vector of each mesh portion of the ultrasonic propagation path 401 is obtained.

Dでは、2つの方式により平均流速を求める。D1の積分平均流速データは、流体解析結果から求めた平均流速であり、D2の伝播時間差平均流速データは、超音波の伝播時間差から求めた平均流速である。   In D, the average flow velocity is obtained by two methods. The integrated average flow velocity data of D1 is the average flow velocity obtained from the fluid analysis result, and the propagation time difference average flow velocity data of D2 is the average flow velocity obtained from the ultrasonic propagation time difference.

Eでは、これら2つの平均流速の誤差をFが与える解析許容誤差データと比較し、誤差の範囲内であれば解析終了とする。誤差範囲以上であるときには、Gにおいて、メッシュを細密化した上で、上記処理を再実行する。   In E, the error of these two average flow velocities is compared with the analysis allowable error data given by F, and if it is within the error range, the analysis ends. If the error is equal to or greater than the error range, the process is re-executed after the mesh is refined in G.

以上詳細に述べた本発明の検証方法により、伝播時間差式超音波流量計による流量の計測値を高精度で予測することができ、また伝播時間差式超音波流量計の数値解析による予測精度を明確に示すことができ、それにより伝播時間差式超音波流量計の計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。   By the verification method of the present invention described in detail above, it is possible to predict the flow rate measurement value with a propagation time difference type ultrasonic flowmeter with high accuracy, and the prediction accuracy by numerical analysis of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter is clarified. Accordingly, the reliability of verification of the measurement accuracy of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter can be further improved.

本発明は、原子力分野以外での流量計測に広く適用することが可能である。   The present invention can be widely applied to flow measurement outside the nuclear field.

101…解析許容誤差入力装置
102…数値計算メッシュ作成手段
103…流体解析手段
104…流体解析誤差計算手段
105…流速ベクトル取得手段
106…積分平均流速計算手段
107…伝播時間差平均流速計算手段
108…超音波伝播解析誤差判定手段
109…数値計算メッシュ修正手段
110…流量計算手段
111…解析結果表示手段
300…超音波流量計配管スプール
301…配管スプール内流速分布
302〜317…超音波センサ
400…数値計算メッシュ
500…流体解析結果
600…数値計算メッシュ内要素
700…検証結果表示画面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Analysis tolerance input device 102 ... Numerical calculation mesh preparation means 103 ... Fluid analysis means 104 ... Fluid analysis error calculation means 105 ... Flow velocity vector acquisition means 106 ... Integral average flow velocity calculation means 107 ... Propagation time difference average flow velocity calculation means 108 ... Super Sound wave propagation analysis error determination means 109 ... Numerical calculation mesh correction means 110 ... Flow rate calculation means 111 ... Analysis result display means 300 ... Ultrasonic flowmeter pipe spool 301 ... Pipe spool flow velocity distribution 302 to 317 ... Ultrasonic sensor 400 ... Numerical calculation Mesh 500 ... Fluid analysis result 600 ... Numerical calculation mesh element 700 ... Verification result display screen

Claims (14)

伝播時間差式超音波流量計の検証システムであって、
数値解析による超音波流量計シミュレーションの許容誤差を設定する解析誤差設定手段と、
超音波流量計スプール及びその前後配管内の3次元流れの数値計算メッシュを作成する数値計算メッシュ作成手段と、
前記数値計算メッシュを利用して配管内の流速分布を計算する流体解析手段と、
前記流体解析の誤差を計算する流体解析誤差計算手段と、
前記流体解析の結果を前記数値計算メッシュの超音波流量計スプール部の各メッシュ要素に割り当てる流速ベクトル取得手段と、
前記数値計算メッシュの超音波流量計スプール部と前記流速ベクトルを利用して各測線の超音波伝播経路上の平均流速を算出する積分平均流速計算手段と、
前記数値計算メッシュの超音波流量計スプール部と前記流速ベクトルを利用して超音波伝播解析を行い、伝播時間差による各測線の線平均流速を算出する伝播時間差平均流速計算手段と、
前記積分平均流速と前記伝播時間差平均流速の差を比較し、前記解析誤差設定手段で設定された許容値の範囲にあるかどうかを判定する超音波伝播解析誤差判定手段と、
前記超音波伝播解析誤差判定の結果、前記許容値を超えていれば前記数値計算メッシュを修正する数値計算メッシュ修正手段と、
前記伝播時間差平均流速から超音波流量計の流量計算結果を解析する流量計算手段と、
前記流量計算結果及び前記流体解析誤差及び前記超音波伝播解析誤差を表示する解析結果表示手段と、
を備えたことを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
A verification system for a propagation time difference type ultrasonic flowmeter,
Analysis error setting means for setting the tolerance of the ultrasonic flowmeter simulation by numerical analysis;
A numerical calculation mesh creating means for creating a numerical calculation mesh of an ultrasonic flowmeter spool and a three-dimensional flow in the pipes before and after the spool;
Fluid analysis means for calculating a flow velocity distribution in the pipe using the numerical calculation mesh;
Fluid analysis error calculating means for calculating the error of the fluid analysis;
A flow velocity vector acquiring means for assigning the result of the fluid analysis to each mesh element of the ultrasonic flowmeter spool portion of the numerical mesh;
An integrated average flow velocity calculating means for calculating an average flow velocity on the ultrasonic propagation path of each measurement line using the ultrasonic flowmeter spool portion of the numerical calculation mesh and the flow velocity vector;
Propagation time difference average flow velocity calculating means for performing ultrasonic wave propagation analysis using the ultrasonic flowmeter spool portion of the numerical calculation mesh and the flow velocity vector, and calculating a line average flow velocity of each survey line by a propagation time difference;
Comparing the difference between the integral average flow velocity and the propagation time difference average flow velocity, and determining whether or not the ultrasonic propagation analysis error determination means determines whether it is within the allowable range set by the analysis error setting means;
As a result of the ultrasonic propagation analysis error determination, numerical calculation mesh correction means for correcting the numerical calculation mesh if the allowable value is exceeded,
A flow rate calculation means for analyzing a flow rate calculation result of an ultrasonic flowmeter from the propagation time difference average flow velocity;
Analysis result display means for displaying the flow rate calculation result, the fluid analysis error, and the ultrasonic propagation analysis error;
A verification system for a propagation time difference type ultrasonic flowmeter characterized by comprising:
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記数値計算メッシュ作成手段は、前記超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュ幅がそれ以外の部位より細分化されるように設定することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The numerical calculation mesh creating means sets the mesh width on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flow meter spool section so as to be subdivided from other parts, the propagation time difference type ultrasonic flow meter Verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記数値計算メッシュ作成手段は、前記超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュが超音波伝播方向に対して直交するように設定することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The numerical calculation mesh creating means sets the mesh on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flow meter spool section so as to be orthogonal to the ultrasonic propagation direction. Verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記流体解析誤差計算手段は、前記数値計算メッシュ超音波流量計スプール部の流速ベクトルを利用し、管軸に垂直な複数の断面における流量と入力流量の差から計算することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The fluid analysis error calculating means calculates a difference in propagation time using a flow velocity vector of the numerical mesh ultrasonic flowmeter spool section and calculating from a difference between a flow rate and an input flow rate in a plurality of cross sections perpendicular to the tube axis. Type ultrasonic flowmeter verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記流速ベクトル取得手段は、前記積分平均流速計算手段及び伝播時間差平均流速計算手段に必要な各測線の超音波伝播経路上の流速ベクトルのみを取得することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The flow velocity vector acquisition means acquires only a flow velocity vector on the ultrasonic propagation path of each measurement line necessary for the integral average flow velocity calculation means and the propagation time difference average flow velocity calculation means. Verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記伝播時間差平均流速計算手段は、主音線の伝播経路を計算するレイトレース法を前記数値計算メッシュの超音波伝播経路上の各要素毎に適用することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The propagation time difference average flow velocity calculation means applies a ray tracing method for calculating a propagation path of a main sound ray for each element on the ultrasonic propagation path of the numerical calculation mesh, Verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記伝播時間差平均流速計算手段は、超音波の音の拡がりを模擬した複数の音線の伝播経路を計算するレイトレース法を前記数値計算メッシュの超音波伝播経路上の各要素毎に適用することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The propagation time difference average flow velocity calculating means applies a ray tracing method for calculating a propagation path of a plurality of sound rays simulating the spread of ultrasonic sound to each element on the ultrasonic propagation path of the numerical mesh. Propagation time difference type ultrasonic flowmeter verification system.
請求項6または7記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記伝播時間差平均流速計算手段は、前記レイトレース法として微小時間毎の伝播経路を計算することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 6 or 7,
The propagation time difference average flow velocity calculating means calculates a propagation path for every minute time as the ray tracing method, and a verification system for a propagation time difference type ultrasonic flowmeter.
請求項8記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記伝播時間差平均流速計算手段は、前記微小時間毎の伝播経路において、前記各要素または各節点の流速ベクトルから補間計算により求めた流速ベクトルを利用することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 8,
The propagation time difference average flow velocity calculating means uses a flow velocity vector obtained by interpolation calculation from a flow velocity vector of each element or each node in the propagation path for each minute time, and a propagation time difference ultrasonic flow meter Verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記伝播時間差平均流速計算手段は、有限要素法または有限体積法を適用することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The propagation time difference average flow velocity calculation means applies a finite element method or a finite volume method, a propagation time difference type ultrasonic flowmeter verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記数値計算メッシュ修正手段は、前記超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュ幅がそれ以外の部位より細分化されるように設定することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The numerical calculation mesh correcting means is set so that the mesh width on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flow meter spool section is subdivided from other portions. Verification system.
請求項1記載の伝播時間差式超音波流量計の検証システムにおいて、
前記数値計算メッシュ修正手段は、前記超音波流量計スプール部の超音波伝播経路上のメッシュが超音波伝播方向に対して直交するように設定することを特徴とする伝播時間差式超音波流量計の検証システム。
In the verification system of the propagation time difference type ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The numerical calculation mesh correcting means sets the mesh on the ultrasonic propagation path of the ultrasonic flow meter spool section so as to be orthogonal to the ultrasonic propagation direction. Verification system.
伝播時間差式超音波流量計の検証方法であって、
数値解析による超音波流量計シミュレーションの許容誤差を設定する解析誤差設定工程と、
超音波流量計スプール及びその前後配管内の3次元流れの数値計算メッシュを作成するメッシュ作成工程と、
前記メッシュを利用して配管内の流速分布を計算する流体解析工程と、
前記流体解析の結果を前記メッシュの超音波流量計スプール部の各要素に割り当てる流速ベクトル取得工程と、
前記メッシュの超音波流量計スプール部と前記流速ベクトルを利用して各測線の超音波伝播経路上の平均流速を算出する積分平均流速計算工程と、
前記メッシュの超音波流量計スプール部と前記流速ベクトルを利用して超音波伝播解析を行い、伝播時間差による各測線の線平均流速を算出する伝播時間差平均流速計算工程と、
前記積分平均流速と前記伝播時間差平均流速の差を比較し、前記解析誤差設定手段で設定された許容値の範囲にあるかどうかを判定する解析誤差判定工程と、
前記解析誤差判定の結果、前記許容値を超えていれば前記数値計算メッシュを修正するメッシュ修正工程と、
前記伝播時間差平均流速から超音波流量計の流量計算結果を解析する流量計算工程と、
前記流量計算結果及び前記解析誤差を表示する解析結果表示工程と、
を備えたことを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
A verification method of a propagation time difference type ultrasonic flowmeter,
An analysis error setting process for setting an allowable error of the ultrasonic flowmeter simulation by numerical analysis,
A mesh creation process for creating a numerical calculation mesh of the ultrasonic flowmeter spool and the three-dimensional flow in the pipes before and after the spool;
A fluid analysis step of calculating a flow velocity distribution in the pipe using the mesh;
A flow velocity vector acquisition step of assigning the result of the fluid analysis to each element of the ultrasonic flowmeter spool portion of the mesh;
An integrated average flow velocity calculating step of calculating an average flow velocity on the ultrasonic propagation path of each measurement line using the ultrasonic flowmeter spool portion of the mesh and the flow velocity vector;
Ultrasonic propagation analysis using the ultrasonic flowmeter spool portion of the mesh and the flow velocity vector, and a propagation time difference average flow velocity calculation step of calculating a line average flow velocity of each measurement line by a propagation time difference;
An analysis error determination step of comparing the difference between the integrated average flow velocity and the propagation time difference average flow velocity, and determining whether the difference is within a tolerance range set by the analysis error setting means;
As a result of the analysis error determination, a mesh correction step of correcting the numerical calculation mesh if the allowable value is exceeded,
A flow rate calculation step of analyzing the flow rate calculation result of the ultrasonic flowmeter from the propagation time difference average flow velocity;
An analysis result display step for displaying the flow rate calculation result and the analysis error;
The verification method of the ultrasonic water supply flowmeter characterized by comprising.
伝播時間差式超音波流量計の検証方法であって、
超音波流量計を設置する対象配管部分を3次元にメッシュで区分けし、
流体解析を実施して超音波伝播経路部を含むメッシュ部分ごとの流速を求め、
前記超音波伝播経路部での流体解析結果から求めた平均流速と、前記超音波伝播経路部での超音波の伝播時間差から求めた平均流速の差を求め、
前記2つの平均流速の差を、超音波伝播誤差として解析許容誤差と比較し、解析許容誤差範囲以上であるときには、前記メッシュを細密化した上で、再度前記平均流速の差を求め、解析許容誤差範囲以内のときの超音波伝播誤差を評価することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
A verification method of a propagation time difference type ultrasonic flowmeter,
The target pipe part where the ultrasonic flowmeter is installed is divided into three-dimensional meshes,
Perform fluid analysis to find the flow velocity of each mesh part including the ultrasonic propagation path part,
Find the difference between the average flow velocity obtained from the fluid analysis result in the ultrasonic propagation path portion and the average flow velocity obtained from the ultrasonic propagation time difference in the ultrasonic propagation passage portion,
The difference between the two average flow velocities is compared with an analysis allowable error as an ultrasonic propagation error. If the difference is equal to or greater than the analysis allowable error range, the mesh is refined and the difference between the average flow velocities is obtained again, and the analysis allowable A method for verifying an ultrasonic water supply flowmeter, characterized by evaluating an ultrasonic propagation error within an error range.
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