本發(fā)明屬于流體動力學
技術領域：
，具體涉及一種復雜汽、水管道壓力取樣位置的確定方法。
背景技術：
：：AMSEPTC6《汽輪機性能試驗規(guī)程》是美國機械工程協(xié)會頒布的用以作為汽輪機設備性能試驗和考核驗收的標準。該標準詳細敘述了汽輪機性能試驗的操作流程、試驗需要的測點種類及數(shù)量、規(guī)定了相應測試儀表的精度的測量方法，并闡述了各主要測點測量誤差對試驗結果的不確定度影響。其中，諸如主蒸汽壓力、高壓缸排汽壓力、再熱蒸汽壓力等測點對性能試驗結果具有至關重要的影響。例如，典型燃煤機組汽輪機性能試驗中，主蒸汽壓力測量誤差對汽輪機熱耗率的影響量約為：0.05％/％。除上述主要壓力測點外，其余汽、水側壓力測點測量的準確性均對性能試驗結果有一定的影響。AMSEPTC6中規(guī)定：壓力測點取壓孔都應安裝在直管段上且要盡可能遠離上游的彎管或其他障礙物。但是，由于某些機組場地有限，管道布置較為緊湊，許多管道無法完全滿足規(guī)程中對于壓力取樣開孔位置的要求。技術實現(xiàn)要素：：本發(fā)明的目的是提供一種復雜汽、水管道壓力取樣位置的確定方法，該方法能夠有效解決如何在復雜汽、水管道壁面確定壓力測點最佳開孔位置的問題。利用該方法對某一具體的汽、水管道進行研究分析，將在該管道壁面獲得一條或者若干條最佳開孔取壓位置曲線，并將獲得組成該曲線的所有離散點的詳細坐標數(shù)據(jù)。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案來實現(xiàn)：一種復雜汽、水管道壓力取樣位置的確定方法，包括以下步驟：1)利用數(shù)值計算方法對管道內部流場進行預測，獲得管道內部的壓力分布數(shù)據(jù)；2)將汽、水管道沿中心軸線截取一系列截面，根據(jù)步驟1)得到的管道內部壓力分布數(shù)據(jù)，求取各截面流量平均壓力值；3)根據(jù)步驟3)沿中心軸線截取得到的一系列截面，將所有截面與管壁相交所得環(huán)形上壓力分布數(shù)據(jù)從數(shù)值計算結果中導出，得到圓環(huán)上的壓力分布數(shù)據(jù)；4)比較步驟2)及步驟3)得到的各截面平均壓力值與圓環(huán)上的壓力分布數(shù)據(jù)，找到各截面圓環(huán)上的壓力等值點位置坐標；5)根據(jù)步驟4)得到的各截面圓環(huán)上的等值點位置坐標，從管道入口開始將各截面圓環(huán)上的等值點連接成光滑曲線，并通過計算區(qū)分適合開孔的等值點結果曲線及不推薦開孔的積點曲線；6)將步驟5)計算得到的等值點結果曲線及積點曲線在三維型體建模軟件中進行繪制，并最終給出等值點結果曲線離散點數(shù)據(jù)列表。本發(fā)明進一步的改進在于，步驟1)的具體實現(xiàn)方法如下：101)對管道進行型體建模，由于數(shù)值計算邊界條件的局限性，對管道入口及出口直管段進行延長，進、出口均延長2倍以上管徑；102)將建模完成的管道模型導入Ansys-CFX自帶網(wǎng)格制作軟件ICEM中進行網(wǎng)格制作，建立結構化六面體網(wǎng)格，為了對管道近壁面流體邊界層進行準確模擬，對近壁面流體邊界層網(wǎng)格進行加密；為了更加準確地捕捉彎頭處的流場細節(jié)，對各彎頭處網(wǎng)格節(jié)點數(shù)沿軸向進行加密；為了獲得高質量網(wǎng)格，在整個管道內部，采用O型網(wǎng)格拓撲結構；按照網(wǎng)格節(jié)點數(shù)量不同制作5種網(wǎng)格，從而對計算結果進行網(wǎng)格無關性驗證；103)在Ansys-CFX軟件中對數(shù)值計算方法進行設定，首先，設定計算模型：采用三維、定常的湍流流動模型，考慮到蒸汽的物性會隨著流動過程中受到的摩擦阻力等發(fā)生變化，所以計算模型對蒸汽能量的變化也進行了考慮；其次，給定邊界條件：入口邊界給定為質量流量入口，即給定入口質量流量、流動速度分布、入口靜溫分布，出口邊界給定為壓力出口，即給定出口靜壓分布，固體壁面設定為無滑移的邊界條件，采用標準壁面函數(shù)法；最后，進行求解設置：工質給定為水蒸汽，物性參數(shù)根據(jù)IAPWS-IF97公式計算，選用標準k-ε模型，應用SIMPLE算法，通過壓力-速度耦合對公式(1)～(5)進行迭代計算：連續(xù)性方程∂(ρui)∂xi=0---(1)]]>動量方程∂(ρuiuj)∂xj=-∂p∂xi+∂∂xj[μeff(∂ui∂xj+∂uj∂xi)-23μeff∂uk∂xk]---(2)]]>能量方程∂∂xi[ui(ρE+p)]=∂∂xi[keff∂T∂xi-ΣjhjJj+u(τij)eff]+sh---(3)]]>湍動能方程∂(ρkui)∂xi=∂∂xj[(μ+μtσk)∂k∂xj]+GK-ρϵ---(4)]]>湍動能耗散方程∂(ρϵui)∂xi=∂∂xj[(μ+μtσϵ)∂ϵ∂xj]+Cϵ1ϵkGK-Cϵ2ρϵ2k---(5)]]>式中：ui為流體在xi方向上的速度，i＝1,2,3分別代表x、y、z方向；有效粘度ueff計算公式為μ為動力粘度；ρ為流體密度；p為流體靜壓；h為流體比焓；E為流體比內能，Jj’為組分j’的擴散通量；sk為熱源項；τeff為應力張量；keff為有效導熱系數(shù)，keff＝k+kf；Gk為由于平均速度梯度而產生的湍動能，在標準k-ε模型中，根據(jù)推薦值及實驗驗證，模型常數(shù)C1ε，C2ε，Cμ，σk,σε的取值為：C1ε＝1.44，C2ε＝1.92，Cμ＝0.09，σk＝1.0，σε＝1.3；104)對多種網(wǎng)格節(jié)點數(shù)量下的數(shù)值計算結果進行比較，以對數(shù)值計算結果的網(wǎng)格無關性進行驗證，最終得到管道內部的壓力分布數(shù)據(jù)。本發(fā)明進一步的改進在于，步驟2)的具體實現(xiàn)方法如下：201)選擇各截面之間的距離，各直管段截面之間的距離應與開孔孔徑相當，彎頭處的截面小于開孔孔徑的0.5倍；202)在型體建模軟件中，建立各截面模型，并在各截面上繪制出三個不在同一條直線上的特征點，將該三個點的坐標在型體建模軟件中查詢獲得，最終得到所有截面的三個特征點坐標；203)在Ansys-CFX軟件后處理模塊中，采用輸入三點坐標方式確定各截面位置，將所有截面依次在Ansys-CFX軟件后處理模塊中建立；204)在Ansys-CFX軟件后處理模塊中，采用參數(shù)的流量平均函數(shù)，求出各截面流量平均絕對壓力，計算公式如下所示：Pmass_ave=Pi×MiΣ1nMi---(6)]]>式中：Pmass_ave為流量平均壓力，Pa；Pi為網(wǎng)格節(jié)點處流體靜壓力，Pa；Mi為網(wǎng)格節(jié)點處流體質點質量，kg；n為管道某一截面上的網(wǎng)格節(jié)點總數(shù)。本發(fā)明進一步的改進在于，步驟3)的具體實現(xiàn)方法如下：在Ansys-CFX軟件后處理模塊中，將沿管道軸線各截面與管道壁面相交的圓環(huán)上的靜壓力數(shù)據(jù)從軟件中導出，得到所有圓環(huán)上的壓力分布數(shù)據(jù)。本發(fā)明進一步的改進在于，步驟4)的具體實現(xiàn)方法如下：401)確定所有截面圓環(huán)上的等值點，其中，等值點就是管道上某一截面與壁面相交的圓環(huán)上與該截面流量平均靜壓力相等的位置點；402)如公式(7)所示，通過比較各截面流量平均壓力數(shù)值與圓環(huán)上的各點壓力數(shù)值，確定該圓環(huán)存在的壓力等值點個數(shù)；N=Σ1m(if((Pmass_ave-Pi-1)×(Pmass_ave-Pi)<=0))---(7)]]>式中：N為某一截面的等值點個數(shù)；Pmass_ave為圓環(huán)所在截面的流量平均壓力，Pa；Pi為圓環(huán)上原圓周上某一方向排列的坐標點壓力值，Pa；m為圓環(huán)上的點個數(shù)；403)在確定各圓環(huán)的等值點個數(shù)過程中，同時利用線性插值方法確定等值點的坐標，計算方法如公式(8)所示：x=abs(Pmass_ave-Pi-1Pi-Pi-1)×(xi-xi-1)+xi-1y=abs(Pmass_ave-Pi-1Pi-Pi-1)×(yi-yi-1)+yi-1z=abs(Pmass_ave-Pi-1Pi-Pi-1)×(zi-zi-1)+zi-1---(8)]]>式中：x、y、z為等值點坐標；xi、yi、zi為等值點相鄰下游點坐標，Pa；xi-1、yi-1、zi-1等值點相鄰上游點坐標，Pa。本發(fā)明進一步的改進在于，步驟5)的具體實現(xiàn)方法如下：501)積點的定義積點就是管道截面上、下游圓環(huán)上出現(xiàn)的不連續(xù)的等值點，等值點在兩個相鄰圓環(huán)之間突然減少或者增加，增加或者減少的等值點使等值點連線出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象；502)積點曲線的定義積點曲線就是存在積點的等值點連線；503)利用等值點數(shù)量及距離法判斷積點從管道入口截面往下游截面將等值點進行連接，在連接過程中，由于某一截面圓環(huán)可能存在若干等值點，為了判斷下一截面的等值點是否為積點，采取等值點數(shù)量及距離法綜合判斷，如公式(9)所示，當上、下游兩個環(huán)面的等值點個數(shù)相等時，認為兩個截面均不存在積點；當上、下游兩個環(huán)面的等值點個數(shù)不相等時，則等值點較多的環(huán)面存在積點，該積點在管道壁面上、下游圓環(huán)之間按照等值點距離最短原則進行的連線最終會導致連線不連續(xù)；Poi+1=min(l1,l2...lNi+1)Ni=Ni+1,ni=0,ni+1=0Ni>Ni+1,ni=|Ni+1-Ni|,ni+1=0Ni<Ni+1,ni+1=|Ni+1-Ni|,ni=0---(9)]]>式中：Poi+1為與上游圓環(huán)等值點相連接的下游圓環(huán)等值點；li為下游圓環(huán)等值點與上游圓環(huán)等值點之間的物理距離，mm；Ni為第i各圓環(huán)上的等值點個數(shù)；ni為第i各圓環(huán)上的積點個數(shù)；504)采用兩次循環(huán)計算出等值點結果曲線與積點曲線步驟504)包括以下4步：5041)定義變量變量包括：等值點二維坐標數(shù)組x，y，z、積點坐標二維數(shù)組xp，yp，zp、各截面圓環(huán)上點坐標動態(tài)數(shù)組xx，yy，zz、各截面流量平均壓力數(shù)組Pav、迭代循環(huán)變量i；5042)第一次循環(huán)計算第一次循環(huán)計算，從第一個截面計算至最后一個截面，根據(jù)公式(7)、(8)計算出各截面的等值點個數(shù)及等值點坐標值，并賦值給等值點坐標數(shù)組；5043)第二次循環(huán)計算第二次循環(huán)計算，從第一個截面計算至最后一個截面，根據(jù)公式(9)計算出等值點結果曲線及積點曲線；5044)結果輸出將光滑的等值線連線坐標輸出至結果數(shù)組中，并將積點曲線等值點連線坐標曲線輸出至積點曲線數(shù)組中；505)將各截面圓環(huán)等值點按照上述規(guī)則進行連接，將得到若干條等值點光滑連接曲線，其中包含積點的等值點曲線即為積點曲線，不含有積點的等值點光滑曲線則為等值點結果曲線。本發(fā)明進一步的改進在于，步驟6)的具體實現(xiàn)方法如下：在型體建模軟件中，從管道入口至出口將等值點光滑曲線坐標按照樣條曲線導入型體建模軟件中，在管道壁面生成樣條曲線，最終制成示意圖紙，并給出等值點光滑曲線坐標位置數(shù)據(jù)表。傳統(tǒng)汽、水管道壓力測量中，測點開孔位置均處于管道水平壁面中心點或者管道壁面頂部中心點。但是，由于管道走向的復雜性及管道內部介質流動的不均勻性，在這兩處位置開孔取壓進行測量，得到的壓力數(shù)據(jù)并不能代表取樣點所在截面的介質平均壓力。在利用本發(fā)明方法確定的最佳開孔位置曲線上開孔進行取樣，則避免了傳統(tǒng)方法存在的缺陷，因為本發(fā)明方法確定的最佳開孔位置曲線上的任意點位置壓力數(shù)值均等于取壓點所在截面的平均壓力，采用本方法進行開孔取壓，能夠基本消除由于取壓口開孔位置不當導致的壓力數(shù)據(jù)測量誤差。附圖說明：圖1為計算實例-蒸汽管道模型。其中圖1(1)為該蒸汽管道的正視圖，圖1(2)為該蒸汽管道的左視圖，圖1(3)為圖1(2)視圖中A向視圖的放大圖，圖1(4)為該蒸汽管道模型的軸測圖。圖2為本發(fā)明的研究方法及期望的最終計算結果示意圖。其中圖2(2)為圖2(1)的局部放大圖。圖3所示為本方法的實施過程流程圖。圖4所示為本方法的實例建模圖。圖5所示為本方法的實例網(wǎng)格劃分效果圖，其中圖5(1)為管道模型整體網(wǎng)格劃分示意圖，圖5(2)為管道模型內部O型網(wǎng)格示意圖，圖5(3)為管道模型彎頭處網(wǎng)格沿軸向加密示意圖。圖6所示為實例中的網(wǎng)格無關性驗證導出數(shù)據(jù)位置示意圖。圖7所示為實例的網(wǎng)格無關性驗證結果示意圖。圖8所示為實例管道在數(shù)據(jù)處理中沿軸線所取截面示意圖。其中，圖8(1)所示為實例管道所有截面示意圖，圖8(2)所示為管道彎頭處的截面示意圖。圖9所示某一圓環(huán)上確定等值點個數(shù)及位置的方法示意圖。圖10所示為等值點連線算法程序流程圖。圖11所示為通過該方法得到的實例計算結果曲線，其中，加粗曲線為等值點結果曲線，其余曲線均為積點曲線。圖12所示為在實例管道四個典型截面上，傳統(tǒng)壓力測點開孔位置與采用本方法得到的開孔位置對比示意圖。具體實施方式：以下結合附圖對本發(fā)明做出進一步的說明。如圖1所示，為了盡可能展示本發(fā)明的實用性和各種復雜管道的適應性，本示例選擇一段在較短距離內存在三個彎頭(第一個彎頭為90°、第二個彎頭為135°、第三個彎頭為90°)、四段直管段(其中第二段直管段為45°斜置管道)的蒸汽管道作為研究對象。由于管道內流體經(jīng)過連續(xù)彎頭及斜置直管段，因此按照傳統(tǒng)工藝在此段管道上布置壓力取樣測點(水平方向或者豎直向上開孔取樣)，所測得的壓力有可能與管道實際壓力存在較大偏差，難以滿足測量精度的需要或者ASMEPTC6規(guī)程的要求。利用本方法將最終在汽、水管道壁面獲得如圖2所示的取樣曲線及組成該曲線的離散點坐標。本發(fā)明實施過程的簡要流程圖如圖3流程圖所示。第一步：對管道進行型體建模；第二步：將建模完成的管道模型導入CFX自帶網(wǎng)格制作軟件ICEM中進行網(wǎng)格制作；第三步：在CFX中進行數(shù)值計算；第四步：對多個數(shù)值計算結果進行比較，對計算方法的網(wǎng)格無關性進行驗證；第五步：對管道模型沿管道軸線取截面；第六步：將所截取截面的流量平均壓力數(shù)據(jù)及對應管道壁面環(huán)形壓力數(shù)據(jù)從數(shù)值計算軟件中導出；第七步：編制計算程序比較各截面壓力平均數(shù)據(jù)與管道壁面環(huán)形壓力數(shù)據(jù)，找到各截面圓環(huán)上的壓力等值點；第八步：區(qū)分適合開孔的等值點結果曲線及不推薦開孔的積點曲線；第九步：將等值點結果曲線及積點曲線在三維型體建模軟件中進行繪制，并最終給出等值點結果曲線離散點數(shù)據(jù)列表。下面將按照上述方法對各步驟進行示例性說明。1、管道型體建模(1)如圖4所示，管道型體建模在三維型體建模軟件中完成，管道各處詳細尺寸如圖1所示。(2)本示例采用Solidworks建模建立管道三維零件模型，整個管道由單個零件構成。(3)考慮到數(shù)值計算中對管道進、出口邊界條件設置時的局限性(無法準確預知管道進、出口截面的速度、壓力分布)，在型體建模時，應對所研究管道進、出口管道進行延長，且延長部分最好根據(jù)實際管道走向布置選取。(4)管道建模完成后將管道零件圖文件(*.SLDPRT)另存為(*.IGS)格式模型文件。2、管道內部流動的數(shù)值模擬2.1、ICEM中制作網(wǎng)格如圖5所示，在商用CFD軟件CFX網(wǎng)格生成模塊ICEM中對所研究管道進行網(wǎng)格劃分。其中，主要的網(wǎng)格劃分步驟及特點如下：(1)將Solidworks建模建立的管道三維零件模型(*.IGS)格式文件導入ICEM中。(2)在ICEM軟件中對管道進行分塊，建立結構化六面體網(wǎng)格。(3)為了對管道近壁面流體邊界層進行準確模擬，對近壁面流體邊界層網(wǎng)格進行加密。(4)為了對彎頭處流場細節(jié)進行準確捕捉，對各彎頭處網(wǎng)格節(jié)點數(shù)沿軸向進行加密。(5)為了獲得高質量網(wǎng)格，在整個管道內部，采用O型網(wǎng)格拓普結構。(6)為了進行網(wǎng)格無關性驗證，按照網(wǎng)格疏、密程度制作5種網(wǎng)格。在本示例中，網(wǎng)格節(jié)點總數(shù)分別為20萬、40萬、60萬、90萬及115萬。2.2、數(shù)值計算方法介紹對上述管道進行數(shù)值計算在CFX中進行，首先在CFX-PRE模塊對數(shù)值計算方法、邊界條件進行設定，生成(*.def)格式前處理文件，然后在CFX-SoverManager(求解器)中對所設計算模型進行數(shù)值計算。下述步驟(1)～(3)敘述了在CFX-PRE模塊進行前處理的內容(1)建立計算模型。在穩(wěn)定工況下，主蒸汽的流動可以看作是三維、定常的湍流流動；考慮到主蒸汽在管道內的流動過程中所受到的摩擦阻力等，蒸汽的物性發(fā)生了變化，所以還需要考慮蒸汽能量的變化。因此，描述主蒸汽在管道內流動的控制方程包括連續(xù)性方程、動量方程、能量方程和湍流模型方程。用張量形式表示如下：連續(xù)性方程∂(ρui)∂xi=0---(1)]]>動量方程∂(ρuiuj)∂xj=-∂p∂xi+∂∂xj[μeff(∂ui∂xj+∂uj∂xi)-23μeff∂uk∂xk]---(2)]]>能量方程∂∂xi[ui(ρE+p)]=∂∂xi[keff∂T∂xi-ΣjhjJj+u(τij)eff]+sh---(3)]]>湍動能方程∂(ρkui)∂xi=∂∂xj[(μ+μtσk)∂k∂xj]+GK-ρϵ---(4)]]>湍動能耗散方程∂(ρϵui)∂xi=∂∂xj[(μ+μtσϵ)∂ϵ∂xj]+Cϵ1ϵkGK-Cϵ2ρϵ2k---(5)]]>式中：ui為流體在xi方向上的速度，i＝1,2,3分別代表x、y、z方向；有效粘度ueff計算公式為μ為動力粘度；ρ為流體密度；p為流體靜壓；h為流體比焓；E為流體比內能，Jj’為組分j’的擴散通量；sk為熱源項；τeff為應力張量；keff為有效導熱系數(shù)，keff＝k+kf；Gk為由于平均速度梯度而產生的湍動能，在標準k-ε模型中，根據(jù)推薦值及實驗驗證，模型常數(shù)C1ε，C2ε，Cμ，σk,σε的取值為：C1ε＝1.44，C2ε＝1.92，Cμ＝0.09，σk＝1.0，σε＝1.3。(2)設置邊界條件。入口邊界設定為質量流量入口邊界條件(入口質量流量為243.461kg/s，入口流速為126.925m/s，入口溫度為558.5℃)；出口邊界設定為壓力出口邊界條件(出口靜壓為24.033MPa)；固體壁面設定為無滑移的邊界條件，采用標準壁面函數(shù)法。(3)求解設置。流體區(qū)域內工質設定為水蒸汽，物性參數(shù)根據(jù)IAPWS-IF97公式計算；選用標準k-ε模型，應用SIMPLE算法，通過壓力-速度耦合進行迭代計算。通過以上步驟，在CFX-PRE模塊中對計算模型機型設置，并最終輸出(*.def)格式文件。在CFX-SoverManager(求解器)中導入(*.def)格式計算模型文件，設置收斂條件，對上述管道五種網(wǎng)格模型進行迭代計算，并最終獲得收斂后的計算結果文件，格式為(*.res)。3、網(wǎng)格無關性驗證(1)在CFX后處理模塊CFX-POST中，分別導入上述五種網(wǎng)格計算結果(*.res)文件。(2)本示例中，主要的管道流動幾何特征為彎頭，因此，選擇第一段彎頭判斷網(wǎng)格無關性。(3)如圖6所示，采用第一個彎頭外側壓力分布曲線作為網(wǎng)格無關性判據(jù)，(4)在CFX后處理模塊CFX-POST中，制作如圖6所示的曲線，將曲線坐標通過(*.CSV)格式文件導入CFX-POST。(5)分別將上述五種網(wǎng)格計算結果中對應曲線上的壓力數(shù)據(jù)導出。(6)在Tecplot繪圖軟件中，將五種網(wǎng)格無關性導出壓力數(shù)據(jù)進行繪圖對比，如圖7所示。(7)如圖7所示，當網(wǎng)格數(shù)量大于40萬后，所獲得的壓力分布曲線基本保持一致。4、對數(shù)值模擬結果沿管道軸線取截面根據(jù)圖8所示，對數(shù)值模擬結果在CFX軟件后處理模塊CFX-POST中沿軸線截取一系列截面。其中，在各彎頭位置進行加密。最終，整個管道共截取351個截面。步驟及要點如下：(1)所取截面數(shù)的確定，是根據(jù)所研究對象需要的精度確定，本例中兩個截面之間的最大間距為10～15mm，該尺寸與取壓孔尺寸相當，精度滿足要求。(2)在型體建模軟件中，確定各截面之間的距離，建立各截面模型，并繪制出各截面的三個任意特征點，將該三個點的坐標在型體建模軟件中查詢獲得，最終得到所有截面的三個特征點坐標，如表1所示；(3)在CFX后處理模塊中，采用輸入三點坐標方式確定各截面，如表1所示。5、取各截面的平均壓力及管道環(huán)形壓力分布數(shù)據(jù)(1)針對步驟4中所截取的截面，在CFX-POST模塊中，采用流量平均函數(shù)，求出各截面流量平均絕對壓力，計算公式如下所示：Pmass_ave=Pi×MiΣ1nMi---(6)]]>式中：Pmass_ave－流量平均壓力，Pa；Pi－網(wǎng)格節(jié)點處流體靜壓力，Pa；Mi－網(wǎng)格節(jié)點處流體質點質量，kg；n－管道某一截面上的網(wǎng)格節(jié)點總數(shù)。(2)導出所有截面與管道壁面相交圓環(huán)上的壓力分布數(shù)據(jù)。表2所示為其中某一截面上的流量平均壓力數(shù)據(jù)與對應壁面圓環(huán)上的壓力分布數(shù)據(jù)。6、確定所有截面與管壁相交圓環(huán)上的等值點數(shù)量及位置(1)等值點的定義等值點就是管道上某一截面與壁面相交的圓環(huán)上與該截面流量平均靜壓力相等的位置點。等值點的特點：1)等值點位于管道某一截面與壁面相交的圓環(huán)上；2)等值點不一定與網(wǎng)格節(jié)點坐標相同；3)同一圓環(huán)上的等值點個數(shù)不確定。(2)如圖9及公式(7)所示，對表2的數(shù)據(jù)，通過比較各截面流量平均壓力數(shù)值與圓環(huán)上的各點壓力數(shù)值，確定該圓環(huán)存在的壓力等值點個數(shù)，如圖8所示。N=Σ1m(if((Pmass_ave-Pi-1)×(Pmass_ave-Pi)<=0))---(7)]]>式中：N－某一截面的等值點個數(shù)；Pmass_ave－圓環(huán)所在截面的流量平均壓力，Pa；Pi－圓環(huán)上原圓周上某一方向排列的坐標點壓力值，Pa；m－圓環(huán)上的點個數(shù)。(3)如圖9所示，在確定各圓環(huán)的等值點個數(shù)過程中，同時利用線性插值方法確定等值點的坐標，計算方法如公式(8)所示。x=abs(Pmass_ave-Pi-1Pi-Pi-1)×(xi-xi-1)+xi-1y=abs(Pmass_ave-Pi-1Pi-Pi-1)×(yi-yi-1)+yi-1z=abs(Pmass_ave-Pi-1Pi-Pi-1)×(zi-zi-1)+zi-1---(8)]]>式中：x、y、z－等值點坐標；xi、yi、zi－等值點相鄰下游點坐標，Pa；xi-1、yi-1、zi-1－等值點相鄰上游點坐標，Pa。7、區(qū)分等值點結果曲線與積點曲線(1)積點的定義積點就是管道截面上、下游圓環(huán)上出現(xiàn)的不連續(xù)的等值點，等值點在兩個相鄰圓環(huán)之間突然減少或者增加，增加或者減少的等值點使等值點連線出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象。積點的特點：1)積點是等值點的一種；2)積點的出現(xiàn)是由于管道內流體流動沿軸向不均勻造成，例如當流動出現(xiàn)渦流且渦流靠近管道壁面時就可能產生。積點的出現(xiàn)反應出流體在垂直于流動方向上具有一定速度，本例中主要出現(xiàn)在彎頭下游；3)積點具有不穩(wěn)定的特點，當管道雷諾數(shù)變化時，積點的坐標位置可能在管道壁面的位置變化較大，甚至出現(xiàn)積點消失的現(xiàn)象。4)在積點位置開孔取壓測量管道壓力有可能造成所測壓力具有較大的波動性，因此本方法不推薦在含有積點的等值線上進行取壓開孔。(2)利用等值點數(shù)量及距離法判斷積點從管道入口截面往下游截面將等值點進行連接，在連接過程中，由于某一截面圓環(huán)可能存在若干等值點，為了判斷下一截面的等值點是否為積點，采取等值點數(shù)量及距離法綜合判斷。如公式(9)所示，當上、下游兩個環(huán)面的等值點個數(shù)相等時，認為兩個截面均不存在積點；當上、下游兩個環(huán)面的等值點個數(shù)不相等時，則等值點較多的環(huán)面存在積點，該積點在管道壁面上、下游圓環(huán)之間按照等值點距離最短原則進行的連線最終會導致連線不連續(xù)。Poi+1=min(l1,l2...lNi+1)Ni=Ni+1,ni=0,ni+1=0Ni>Ni+1,ni=|Ni+1-Ni|,ni+1=0Ni<Ni+1,ni+1=|Ni+1-Ni|,ni=0---(9)]]>式中：Poi+1－與上游圓環(huán)等值點相連接的下游圓環(huán)等值點；li－下游圓環(huán)等值點與上游圓環(huán)等值點之間的物理距離，mm；Ni－第i各圓環(huán)上的等值點個數(shù)；ni－第i各圓環(huán)上的積點個數(shù)；(3)等值點結果曲線及等值點積點曲線將各截面圓環(huán)等值點按照上述規(guī)則進行連接，將得到若干條等值點光滑連接曲線，其中包含積點的等值點曲線即為積點曲線，不含有積點的等值點光滑曲線則為等值點結果曲線。(4)區(qū)分等值點結果曲線及積點曲線的計算流程如圖10所示，計算過程主要分為4步：1)定義變量。主要的變量包括：等值點坐標數(shù)組、各截面圓環(huán)上點坐標動態(tài)數(shù)組、各截面流量平均壓力數(shù)組、各截面積點坐標數(shù)組、其他迭代循環(huán)變量。2)第一次循環(huán)計算。第一次循環(huán)計算，從第一個截面計算至最后一個截面，根據(jù)公式(7)、(8)計算出各截面的等值點個數(shù)及等值點坐標值，并賦值給等值點坐標數(shù)組。3)第二次循環(huán)計算。第二次循環(huán)計算，從第一個截面計算至最后一個截面，根據(jù)公式(9)計算出等值線結果曲線及積點曲線。4)結果輸出。將光滑的等值線連線坐標輸出至結果數(shù)組中，并將積點曲線等值點連線坐標曲線輸出至積點曲線數(shù)組中，如表3所示。7、輸出等值點并在管道模型上進行繪制如圖11所示，將上述計算得到的等值點結果曲線坐標數(shù)組通過Solidworks軟件繪制在管道模型上，將各積點曲線也繪制在管道模型上，對計算結果進行檢驗，確認計算得到的等值點結果曲線未通過積點。在實際現(xiàn)場開設壓力取樣孔時可以根據(jù)圖中的曲線上進行，該曲線上任意一點都能代表其所在截面的流量平均壓力。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益性如圖12所示，在本實例中，對四個直管道分別選取4各典型截面，圖中黑點表示按照目前常規(guī)開孔工藝進行壓力取樣開孔的位置。表4對采用本發(fā)明方法及現(xiàn)有工藝得到的結果在圖11所示的開孔位置進行了比較，從表數(shù)據(jù)可以看出，采用現(xiàn)有開孔工藝，最大誤差在截面2達到了18736Pa，即在截面2的點2位置開孔進行測量，得到的壓力將會比該截面壓力平均值偏大18736Pa，偏大約0.078％。由于ASMEPTC6《汽輪機性能試驗規(guī)程》同樣規(guī)定了壓力測點測量儀表的精度，對于關鍵壓力測點，測量儀表的精度應高于0.1％，試驗中通常使用誤差為±0.075％的壓力變送器進行測量，而通過表4的數(shù)據(jù)對比可以看出，在復雜汽、水管道上由于開孔位置選擇不當，有可能導致測量誤差與測量儀表誤差相當。因此，本發(fā)明有效解決了這一問題，使壓力測點測量誤差僅限于儀表誤差，而基本消除了由于開孔位置不當而產生的測量誤差。表1.數(shù)值模擬結果各截面建立坐標示例表2.某一截面平均壓力及其環(huán)形壁面壓力分布數(shù)據(jù)表3.某一段等值點結果曲線坐標數(shù)據(jù)表4.現(xiàn)有方法與本發(fā)明方法計算結果比較當前第1頁1 2 3