가중계수법을 이용한 5회선 초음파 유량계의 유속적분방법의 불확도 평가 Uncertainty Evaluation of Velocity Integration Method for 5-Chord Ultrasonic Flow Meter Using Weighting Factor Method원문보기
Flow rate measurement uncertainties of the ultrasonic flow meter are generally influenced by many different factors, such as Reynolds number, flow distortion, turbulence intensity, wall surface roughness, velocity integration method along the acoustic paths, and transducer installation method, etc. ...
Flow rate measurement uncertainties of the ultrasonic flow meter are generally influenced by many different factors, such as Reynolds number, flow distortion, turbulence intensity, wall surface roughness, velocity integration method along the acoustic paths, and transducer installation method, etc. Of these influencing factors, one of the most important uncertainties comes from the velocity integration method. In the present study, a optimization weighting factor method for 5-chord, which is given by a function of the chord locations of acoustic paths, is employed to obtain the mean velocity in the flow through a pipe. The power law profile is assumed to model the axi-symmetric pipe flow and its results are compared with the present weighting factor concept. For an asymmetric pipe flow, the Salami flow model is applied to obtain the velocity profiles. These theoretical methods are also compared with the previous Gaussian, Chebyshev, and Tailor methods. The results obtained show that for the fully developed turbulent pipe flows with surface roughness effects, the present weighting factor method is much less sensitive than Chebyshev and Tailor methods, leading to a better reliability in flow rate measurement using the ultrasonic flow meters.
Flow rate measurement uncertainties of the ultrasonic flow meter are generally influenced by many different factors, such as Reynolds number, flow distortion, turbulence intensity, wall surface roughness, velocity integration method along the acoustic paths, and transducer installation method, etc. Of these influencing factors, one of the most important uncertainties comes from the velocity integration method. In the present study, a optimization weighting factor method for 5-chord, which is given by a function of the chord locations of acoustic paths, is employed to obtain the mean velocity in the flow through a pipe. The power law profile is assumed to model the axi-symmetric pipe flow and its results are compared with the present weighting factor concept. For an asymmetric pipe flow, the Salami flow model is applied to obtain the velocity profiles. These theoretical methods are also compared with the previous Gaussian, Chebyshev, and Tailor methods. The results obtained show that for the fully developed turbulent pipe flows with surface roughness effects, the present weighting factor method is much less sensitive than Chebyshev and Tailor methods, leading to a better reliability in flow rate measurement using the ultrasonic flow meters.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
예를 들면, 측정유로의 레이놀즈 수의 변화也 유로 내의 벽면 거칠기⑸, 난류강 도®, 대칭/비대칭 유동% 유체 내의 온도 구배'8), 초음파 변환기의 유로 내의 돌출도 정도, 유속적분방법 <9.KUU2) 등 다양한 불확도 요인들이 있다 종래 연구 동향을 살펴보면, 벽면 거칠기의 효과를 이론적으로 연구하여 벽면 거칠기가 증가할수록, 중심회선에서 얻어지는 유속이 증가하여, 벽면 거칠기 영향에 둔감한 회선 배치에 연구의 필요성을 제시하였다⑸ 한편, 대칭/비대칭 유속분포에 대하여 다양한 회선 배치에서 유속적분에 대한 연구를 수행한 바 있다이。, nm 본 연구에서는 전파시간차 방법을 이용한 5회선 초음파 유량계의 유속적분방법에 대하여 연구하였다. 유속적분 의 개념은 회선위치의 함수로 표현된 가중계수법을 이용하였다.
본 연구는 전파시간차 방법을 이용한 초음파 유량계의 유속적분방법의 불확도에 대하여 연구를 수행하였다. 본 연구에서 제시된 유속적분방법은 희선위치의 함수를 갖는 가중계수법을 사용하였으며, 불확도 평가에 사용된 이론유동모델로 대칭 및 비대칭 유속분포의 표현이 가능한 Salami 유동모델이 이용되었다.
가설 설정
3은 전파시간차 법 초음파 유량계의 유속적분 방법에 대한 개략도를 나타내었다. 초음파가 직진성을 가진다고 가정하고, 유동모델에서 유속분포를 구하고, 초음파 변환기가 설치되는 위치에서 점 유속들을 산술 평균하여 선 유속 값을 구한다. 이를 식(2)에 나타내었 다.
제안 방법
Model B 〜 D는 비대칭 유속분 포로 관 중심에서 떨어진 임의 위치에서 피크유속이 하나인 경우를 나타내며, Model E 〜 F는 피크유속이 두 개일 경우를 나타내었다. 다양한 유동조건과 회선 배치에 따른 영향을 고려하기 위하여 회선의 설치각도 (a)를 0°에서 180。까지 변화하여 회선배치 및 유속적 분방법의 불확도를 조사하였다. Fig.
그림에서 횡축은 레이놀즈 수를 종축은 유속적분방법을 이용하여 계산한 평균유속과 모 함수에서 산출한 평균유속에 대하여 퍼센트로 나타내었다. 레이놀즈 수의 범위는 에서 1()8까지 이며, 벽면 거칠기를 상대조도로 표현하여 初0가 0에서 10— 2 까지 조사하였다. 유속적분방법은 Gaussian, Chebyshev, Tailor 방법과 본 연구에서 제시된 0WFM과 비교하였다.
본 연구에서 제시된 유속적분방법은 희선위치의 함수를 갖는 가중계수법을 사용하였으며, 불확도 평가에 사용된 이론유동모델로 대칭 및 비대칭 유속분포의 표현이 가능한 Salami 유동모델이 이용되었다. 본 연구에서 제시된 유속적분방법은 기존의 Gaussian, Chebyshev, Tailor 방법과 비교하였으며, 대칭유동고델 에서는 측정관 내 벽면 거칠기의 영향을 조사하였으며, 비대칭 유동에서는 회선의 설치각도를 변화하여 유속 적분의 불확도를 평가하였다. 대칭유동에서는 OWFM 과 Gaussian 방법이 벽면 거칠기 영향에 둔감한 것으로 나타났으며, OWFM, Gaussian, Chebyshev 방법이 비대칭 유동모델에서 설치각도의 영향에 둔감한 것으로 나타났다.
정확도 측면에서 살펴보면, OWFM。' 다 른 적분방법과 비교하였을 경우, 가장 좋게 나타났다. 뿐만 아니라, OWFM의 최적설치각도를 제안하였다. OWFM은 기존의 유속적분방법과 비교해볼 때 타당한 방법으로 판단된다.
유속적분 의 개념은 회선위치의 함수로 표현된 가중계수법을 이용하였다. 유속적분방법의 타당성을 검증하기 위하여 이론 유동모델로 Salami 유동모델⑫을 이용하여 대칭, 비대칭 유속분포에 대하여 유속적분 불확도를 평가하였다. 대칭 유속분포인 경우는 벽면 거칠기를 고려하였으며, 비대칭 유속분포인 경우에는 회선위치를 설치 각도별로 평가하여 유속적분방법의 불확도를 연구하였 다.
데이터처리
레이놀즈 수의 범위는 에서 1()8까지 이며, 벽면 거칠기를 상대조도로 표현하여 初0가 0에서 10— 2 까지 조사하였다. 유속적분방법은 Gaussian, Chebyshev, Tailor 방법과 본 연구에서 제시된 0WFM과 비교하였다. Gaussian 방법의 경우, 레이놀 즈 수와 벽면 거칠기가 증가하여도 유속적분 불확도의 민감도는 매우 작게 나타났다.
이론/모형
Fig.4는 레이놀즈 수가 100, 000인 완전발달된 대칭 유동일 경우, 관 내 벽면 거칠기에 따른 유속분포의 형태를 조사하기 위하여 멱 법칙과 Colebrook and White 방정식을 이용하여 유속분포를 나타내었다. 그림에서 횡축은 관 중심에서 반경방향의 거리를 곤 반 경으로 무차원한 값을 의미하며, 종축은 국소유속을 관 중심의 유속 즉, 최대유속으로 무차원한 값으로 나타내었다.
Model A는 멱 법칙에서 멱지수가 7인 경우로 완전 발달된 대칭 유속분포일 경우를 의미한다. Model A에서 벽면 거칠기의 영향을 조사하기 위하여 멱지수와 벽면 마찰계 수의 상관관계식으로 Colebrook and White 방정식⑸을 이용하여 유속적분방법이 벽면 거칠기의 영향에 따른 민감도를 파악하였다. Model B 〜 D는 비대칭 유속분 포로 관 중심에서 떨어진 임의 위치에서 피크유속이 하나인 경우를 나타내며, Model E 〜 F는 피크유속이 두 개일 경우를 나타내었다.
본 연구는 전파시간차 방법을 이용한 초음파 유량계의 유속적분방법의 불확도에 대하여 연구를 수행하였다. 본 연구에서 제시된 유속적분방법은 희선위치의 함수를 갖는 가중계수법을 사용하였으며, 불확도 평가에 사용된 이론유동모델로 대칭 및 비대칭 유속분포의 표현이 가능한 Salami 유동모델이 이용되었다. 본 연구에서 제시된 유속적분방법은 기존의 Gaussian, Chebyshev, Tailor 방법과 비교하였으며, 대칭유동고델 에서는 측정관 내 벽면 거칠기의 영향을 조사하였으며, 비대칭 유동에서는 회선의 설치각도를 변화하여 유속 적분의 불확도를 평가하였다.
유속 적분 방법의 타당성을 검증하기 위하여 이론 식은 Salami 유동모델을 이용하였다. 이는 멱 법칙에 근거하여 비대칭 유속분포 표현이 가능한 모델이다.
KUU2) 등 다양한 불확도 요인들이 있다 종래 연구 동향을 살펴보면, 벽면 거칠기의 효과를 이론적으로 연구하여 벽면 거칠기가 증가할수록, 중심회선에서 얻어지는 유속이 증가하여, 벽면 거칠기 영향에 둔감한 회선 배치에 연구의 필요성을 제시하였다⑸ 한편, 대칭/비대칭 유속분포에 대하여 다양한 회선 배치에서 유속적분에 대한 연구를 수행한 바 있다이。, nm 본 연구에서는 전파시간차 방법을 이용한 5회선 초음파 유량계의 유속적분방법에 대하여 연구하였다. 유속적분 의 개념은 회선위치의 함수로 표현된 가중계수법을 이용하였다. 유속적분방법의 타당성을 검증하기 위하여 이론 유동모델로 Salami 유동모델⑫을 이용하여 대칭, 비대칭 유속분포에 대하여 유속적분 불확도를 평가하였다.
성능/효과
Model B인 경우, 4가지 방법은 설치각도가 증가하여도 불확도의 변화가 거의 없다가, 설치각도가 90°에서 급격하게 낮아지는 것을 볼 수 있다. Model C인 경우에서는 OWFM, Gaussian, Chebyshev방법은 설치각도 의 영향에 둔감하며, Tailor 방법이 설치각도의 영향을 민감한 것으로 나타났다. Model E, F에서도 이와 유사한 경향이 나타나며, 피크유속이 2개인 경우에 Tailor 방법이 민감도가 더 크게 나타났다.
7은 OWFM 방법의 유속적분 불확도를 보다 상세하게 조사하기 위하여 유동모델들과 설치각도에 따 른 영향을 나타내었다. OWFM은 설치각도가 증가하여도 유속적분 불확도는 거의 변화가 없으며, Model B, D가 90도일 경우에서 유속적분 불확도는 감소하는 것으로 나타났다.
Gaussian 방법의 경우, 레이놀 즈 수와 벽면 거칠기가 증가하여도 유속적분 불확도의 민감도는 매우 작게 나타났다. Talor 방법인 경우는 레이놀즈 수가 증가할수록 유속적분 불확도는 감소하며, 레이놀즈 수가 107인 경우에서 WD가 증가할수록 유속적분 불확도는 증가한다. 0WFM인 경우는 Tailor 방법과 정성적으로 매우 유사하게 나타났다.
본 연구에서 제시된 유속적분방법은 기존의 Gaussian, Chebyshev, Tailor 방법과 비교하였으며, 대칭유동고델 에서는 측정관 내 벽면 거칠기의 영향을 조사하였으며, 비대칭 유동에서는 회선의 설치각도를 변화하여 유속 적분의 불확도를 평가하였다. 대칭유동에서는 OWFM 과 Gaussian 방법이 벽면 거칠기 영향에 둔감한 것으로 나타났으며, OWFM, Gaussian, Chebyshev 방법이 비대칭 유동모델에서 설치각도의 영향에 둔감한 것으로 나타났다. 정확도 측면에서 살펴보면, OWFM。' 다 른 적분방법과 비교하였을 경우, 가장 좋게 나타났다.
Model E, F에서도 이와 유사한 경향이 나타나며, 피크유속이 2개인 경우에 Tailor 방법이 민감도가 더 크게 나타났다. 정확도 측면에서는 OWFM 방법이 각각의 모델에서 가장 정확도가 좋게 나타났다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.