JP6834148B2 - Flow velocity evaluation method and evaluation system - Google Patents
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Description
本発明は、流速の評価方法、及び評価システムに関する。 The present invention relates to a flow velocity evaluation method and an evaluation system.
ヒーター法を用いて蒸気の流量を計測する方法が検討されている(特許文献1参照)。
特許文献1では、配管内を流れる流体の流速計測方法が開示されている。この流速計測方法では、配管の表面の所定部分で熱交換を行い、当該配管の管軸方向における温度分布を計測し、計測した温度分布に基づいて、配管の内部を流れる流体の流速を求める。
A method of measuring the flow rate of steam by using the heater method has been studied (see Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses a method for measuring the flow velocity of a fluid flowing in a pipe. In this flow velocity measurement method, heat exchange is performed at a predetermined portion on the surface of the pipe, the temperature distribution in the pipe axis direction of the pipe is measured, and the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe is obtained based on the measured temperature distribution.
上述したような流速の評価方法では、例えば、温度分布の実測値に、流速をパラメータとした理論線をフィッティングさせて、配管の内部を流れる流体の流速を求める。しかしながら、上述したような流速の評価方法では、例えば、配管の内部を流れる流体の温度を配管の外から計測しているため、温度分布の実測値と理論線とにずれが生じて、正確にフィッティングできない場合があった。 In the flow velocity evaluation method as described above, for example, a theoretical line with the flow velocity as a parameter is fitted to the measured value of the temperature distribution to obtain the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe. However, in the flow velocity evaluation method as described above, for example, the temperature of the fluid flowing inside the pipe is measured from the outside of the pipe, so that the measured value of the temperature distribution and the theoretical line deviate from each other and are accurate. Sometimes fitting was not possible.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、高精度に流体の流速を評価することができる流速の評価方法、及び評価システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a flow velocity evaluation method and an evaluation system capable of evaluating a fluid flow velocity with high accuracy.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、配管の表面の所定部分で熱交換を行う熱交換工程と、前記熱交換を行った状態の前記配管の内部を流れる流体の複数の流速に対する管軸方向の温度分布の解析値を算出する算出工程と、前記温度分布の解析値から得られた温度分布の解析値の特徴量と、前記熱交換を行った状態の前記配管に関して計測された前記管軸方向の温度分布の実測値の特徴量との特徴量の大小関係を比較して、前記実測値の特徴量に応じた複数の流速を設定する流速設定工程と、前記配管に関して計測された温度分布の実測値に基づく温度分布の基準レベルを示す実測基準レベルと、前記温度分布の解析値から得られた温度分布の基準レベルを示す解析基準レベルとが一致するように、前記算出工程により算出された前記温度分布の解析値を補正する補正工程と、前記流速設定工程により設定された前記複数の流速のそれぞれに対する前記温度分布の解析値であって、前記補正工程により補正された前記温度分布の解析値と、計測された前記温度分布の実測値との誤差が最も小さくなる流速を、前記配管の内部を流れる流体の流速として決定する流速決定工程とを含むことを特徴とする流速の評価方法である。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention includes a heat exchange step in which heat is exchanged at a predetermined portion of the surface of the pipe, and a plurality of flow paths of the fluid flowing inside the pipe in the heat exchanged state. It is measured with respect to the calculation step of calculating the analysis value of the temperature distribution in the pipe axis direction, the feature amount of the analysis value of the temperature distribution obtained from the analysis value of the temperature distribution, and the pipe in the state where the heat exchange is performed. A flow rate setting process for setting a plurality of flow paths according to the feature amount of the measured value by comparing the magnitude relationship of the feature amount with the feature amount of the measured value of the temperature distribution in the pipe axis direction, and measurement for the pipe. The calculation is made so that the actual measurement reference level indicating the reference level of the temperature distribution based on the measured value of the temperature distribution and the analysis reference level indicating the reference level of the temperature distribution obtained from the analysis value of the temperature distribution match. A correction step for correcting the analysis value of the temperature distribution calculated by the step, and an analysis value of the temperature distribution for each of the plurality of flow paths set by the flow velocity setting step, which are corrected by the correction step. It is characterized by including a flow velocity determination step of determining the flow velocity at which the error between the analysis value of the temperature distribution and the measured measured value of the temperature distribution is the smallest as the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe. This is a method for evaluating the flow velocity.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記補正工程において、前記温度分布の解析値に基づく温度分布の基準レベルを示す解析基準レベルと、前記実測基準レベルとに基づいて、前記温度分布の解析値を補正することを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is based on the analysis reference level indicating the reference level of the temperature distribution based on the analysis value of the temperature distribution and the actual measurement reference level in the correction step in the evaluation method of the flow velocity. It is characterized in that the analysis value of the temperature distribution is corrected.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記補正工程において、前記解析基準レベルと、前記実測基準レベルとに基づいて、前記所定部分から上流の前記基準レベルに対応する前記配管の管軸方向の位置における前記配管内の温度を調整して、前記温度分布の解析値を算出することにより、前記温度分布の解析値を補正することを特徴とする。 Moreover, one aspect of the present invention corresponds to the reference level upstream from the predetermined portion based on the analysis reference level and the actual measurement reference level in the correction step in the above flow velocity evaluation method. It is characterized in that the analysis value of the temperature distribution is corrected by adjusting the temperature in the pipe at a position in the pipe axis direction of the pipe and calculating the analysis value of the temperature distribution.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記補正工程において、前記温度分布の実測値を指数関数で近似させて前記実測基準レベルを算出し、算出した前記実測基準レベルに前記解析基準レベルが一致するように、前記温度分布の解析値を補正することを特徴とする。 Further, in one aspect of the present invention, in the above-mentioned evaluation method of the flow velocity, in the correction step, the actual measurement value of the temperature distribution is approximated by an exponential function to calculate the actual measurement reference level, and the calculated actual measurement reference level is obtained. It is characterized in that the analysis value of the temperature distribution is corrected so that the analysis reference level matches.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記補正工程において、前記温度分布の実測値を指数関数で近似させて前記実測基準レベルを算出し、算出した前記実測基準レベルに基づいて、前記所定部分から上流の前記基準レベルに対応する前記配管の管軸方向の位置における前記配管内の温度を推定し、推定した前記配管内の温度に基づいて前記温度分布の解析値を算出することにより、前記温度分布の解析値を補正することを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is to calculate the actual measurement reference level by approximating the actual measurement value of the temperature distribution with an exponential function in the correction step in the above-mentioned flow velocity evaluation method, and to obtain the calculated actual measurement reference level. Based on this, the temperature inside the pipe at a position in the pipe axis direction of the pipe corresponding to the reference level upstream from the predetermined portion is estimated, and the analysis value of the temperature distribution is calculated based on the estimated temperature inside the pipe. It is characterized in that the analysis value of the temperature distribution is corrected by the calculation.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記特徴量は、半値幅、最高温度、又は、温度分布波形の面積のうちの1以上であることを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned method for evaluating the flow velocity, the feature amount is one or more of the full width at half maximum, the maximum temperature, or the area of the temperature distribution waveform.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記流速設定工程において、想定された流速の範囲の中点の流速に対して前記算出工程により算出された前記温度分布の解析値から得られた前記解析値の特徴量と、計測された前記実測値の特徴量との大小関係に応じて、新たな点の流速を設定することを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is the analysis value of the temperature distribution calculated by the calculation step with respect to the flow velocity at the midpoint of the assumed flow velocity range in the flow velocity setting step in the above flow velocity evaluation method. It is characterized in that the flow velocity at a new point is set according to the magnitude relationship between the feature amount of the analysis value obtained from the above and the feature amount of the measured measurement value.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記流速設定工程において、3点以上の流速を設定し、前記流速決定工程において、前記流速設定工程により設定された前記3点以上の流速に対する、補正された前記温度分布の解析値に基づいて、流速を決定する、ことを特徴とする。 Further, in one aspect of the present invention, in the above-mentioned flow velocity evaluation method, three or more points of flow velocity are set in the flow velocity setting step, and the three or more points set by the flow velocity setting step in the flow velocity determination step. It is characterized in that the flow velocity is determined based on the corrected analysis value of the temperature distribution with respect to the flow velocity of.
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記流速決定工程は、前記流速設定工程により設定された流速のそれぞれに対応する、補正された前記温度分布の解析値と前記温度分布の実測値との2乗誤差を算出する第1−1工程と、前記流速と前記2乗誤差との関係を求める第1−2工程と、前記流速と前記2乗誤差との関係に基づいて、前記2乗誤差が最も小さくなる流速を、流速の候補として決定する第1−3工程と、決定された流速の候補において、前記2乗誤差が所定の規定値以下であるか否かを判定する第1−4工程と、前記2乗誤差が前記所定の規定値以下であると判定した場合に、前記流速の候補を前記誤差が最も小さくなる流速として正式に決定する第1−5工程と、前記2乗誤差が前記所定の規定値を超えると判定した場合には、流速を変更して、再び前記第1−1工程へ移行する第1−6工程とを含むことを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is the above-mentioned method for evaluating the flow velocity, in which the flow velocity determination step is a corrected analysis value of the temperature distribution and the temperature corresponding to each of the flow paths set by the flow velocity setting step. Based on the 1-1 step of calculating the squared error with the measured value of the distribution, the 1-2 step of finding the relationship between the flow velocity and the squared error, and the relationship between the flow velocity and the squared error. Then, in the first to third steps of determining the flow velocity having the smallest square error as a candidate for the flow velocity and whether or not the square error is equal to or less than a predetermined specified value in the determined candidate for the flow velocity. Steps 1-4 to determine, and steps 1-5 to formally determine the candidate for the flow velocity as the flow velocity having the smallest error when it is determined that the square error is equal to or less than the predetermined specified value. When it is determined that the squared error exceeds the predetermined specified value, the flow velocity is changed to include the 1st to 6th steps of shifting to the 1-1 step again. ..
また、本発明の一態様は、上記の流速の評価方法において、前記流速決定工程は、前記流速設定工程により設定された流速のそれぞれにおいて、流速と前記特徴量との関係の解析値を算出する第2−1工程と、算出された前記流速と前記特徴量との関係の解析値と、計測された前記実測値の特徴量とに基づいて、前記実測値の特徴量に最も近い解析値の特徴量を選択して、選択した前記解析値の特徴量に対応した流速を、流速の候補として決定する第2−2工程と、決定された流速の候補において、補正された前記温度分布の解析値と前記温度分布の実測値との2乗誤差が所定の規定値以下であるか否かを判定する第2−3工程と、前記2乗誤差が前記所定の規定値以下であると判定した場合に、前記流速の候補を前記誤差が最も小さくなる流速として正式に決定する第2−4工程と、前記2乗誤差が前記所定の規定値を超えると判定した場合には、流速を変更して、再び前記第2−1工程へ移行する第2−5工程とを含むことを特徴とする。 Further, in one aspect of the present invention, in the above-mentioned flow velocity evaluation method, the flow velocity determining step calculates an analysis value of the relationship between the flow velocity and the feature amount at each of the flow paths set by the flow velocity setting step. Based on the second step, the analyzed value of the relationship between the calculated flow velocity and the feature amount, and the measured feature amount of the measured value, the analysis value closest to the feature amount of the measured value. select the feature quantity, the flow rate corresponding to the feature value of the analysis values selected, a 2-2 step of determining a candidate of the flow velocity, the determined flow rate of the candidates, the analysis of the corrected the temperature distribution The second and third steps of determining whether or not the squared error between the value and the measured value of the temperature distribution is equal to or less than a predetermined specified value, and determining that the squared error is equal to or less than the predetermined specified value. In this case, the second to fourth steps in which the candidate for the flow velocity is formally determined as the flow velocity having the smallest error, and the flow velocity is changed when it is determined that the square error exceeds the predetermined specified value. The present invention is characterized by including the 2nd to 5th steps of shifting to the 2-1st step again.
また、本発明の一態様は、配管の表面の所定部分で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換を行った状態の前記配管の内部を流れる流体の複数の流速に対する管軸方向の温度分布の解析値を算出する算出部と、前記温度分布の解析値から得られた温度分布の解析値の特徴量と、前記熱交換を行った状態の前記配管に関して計測された前記管軸方向の温度分布の実測値の特徴量との特徴量の大小関係を比較して、前記実測値の特徴量に応じた複数の流速を設定する流速設定部と、前記配管に関して計測された温度分布の実測値に基づく温度分布の基準レベルを示す実測基準レベルと、前記温度分布の解析値から得られた温度分布の基準レベルを示す解析基準レベルとが一致するように、前記算出部により算出された前記温度分布の解析値を補正する補正部と、前記流速設定部により設定された前記複数の流速のそれぞれに対する前記温度分布の解析値であって、前記補正部により補正された前記温度分布の解析値と、計測された前記温度分布の実測値との誤差最も小さくなる流速を、前記配管の内部を流れる流体の流速として決定する流速決定部とを備えることを特徴とする評価システムである。 Further, one aspect of the present invention is a temperature in the pipe axis direction with respect to a plurality of flow paths of a heat exchanger that exchanges heat at a predetermined portion of the surface of the pipe and a fluid flowing inside the pipe in the state of heat exchange. A calculation unit that calculates the analysis value of the distribution, a feature amount of the analysis value of the temperature distribution obtained from the analysis value of the temperature distribution, and the axial direction of the pipe measured with respect to the pipe in the state where the heat exchange is performed. A flow velocity setting unit that sets a plurality of flow velocity according to the feature amount of the measured value by comparing the magnitude relationship of the feature amount with the feature amount of the measured value of the temperature distribution, and the actual measurement of the temperature distribution measured with respect to the pipe. The said calculation unit calculated so that the actual measurement reference level indicating the reference level of the temperature distribution based on the value and the analysis reference level indicating the reference level of the temperature distribution obtained from the analysis value of the temperature distribution match. A correction unit that corrects the analysis value of the temperature distribution, and an analysis value of the temperature distribution for each of the plurality of flow paths set by the flow velocity setting unit, which is an analysis value of the temperature distribution corrected by the correction unit. The evaluation system is characterized by including a flow velocity determining unit that determines the flow velocity having the smallest error from the measured measured value of the temperature distribution as the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe.
本発明によれば、高精度に流体の流速を評価することができる。 According to the present invention, the flow velocity of a fluid can be evaluated with high accuracy.
以下、本発明の実施形態による流速の評価方法、及び評価システムについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the flow velocity evaluation method and the evaluation system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態による流速計測システム100の概略構成例を示す図である。また、図2は、第1の実施形態による流速計測システム100の要部構成例を示す図である。
本実施形態に係る流速計測システム100(流速の評価システムの一例)は、例えば、ボイラーなどの蒸気製造装置20と負荷設備30との間に配設される配管10内を流れる流体(例えば、蒸気)の流速を計測可能なシステムである。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of the flow
The flow velocity measurement system 100 (an example of a flow velocity evaluation system) according to the present embodiment is, for example, a fluid (for example, steam) flowing in a
図1に示すように、流速計測システム100は、加熱部2と、プレヒーター2bと、温度計測部3と、制御ユニット4(流速算出部)と、流速計5と、配管10とを備えている。
As shown in FIG. 1, the flow
配管10は、例えば、蒸気製造装置20(ボイラーなど)と負荷設備30との間に配設されている。蒸気製造装置20からの蒸気が配管10を流れ、負荷設備30に送られる。また、負荷設備30において、蒸気又は蒸気の熱が利用される。負荷設備30から排出された蒸気はドレンとして回収され、還水槽(不図示)に集約された後、蒸気製造装置20に再度給水される。また、配管10の周りには保温材12(断熱材)が巻かれている。
The
ここで、本実施形態では、流速計測システム100に流速計5を備える構成を示すが、他の構成例として、流速計5が備えられない構成が用いられてもよい。つまり、流速計5を用いて流速を計測する構成が用いられてもよく、又は、他の情報から流速を計算する(推定的な計算でもよい)構成が用いられてもよい。
Here, in the present embodiment, the configuration in which the
加熱部2(熱交換器の一例)は、配管10の表面10aと熱交換することで所定部分を加熱するためのものである。すなわち、加熱部2は、配管10の表面10aの所定部分で熱交換を行う。本実施形態において、加熱部2は、例えば、リング状のヒーターから構成されており、図2(b)に示すように、配管10の表面10aの所定位置において周方向に亘って配置される。これにより、加熱部2は、配管10の所定部分(当該加熱部2の設置部分11)において、当該配管10の表面10aを均一に加熱する。加熱部2は、制御ユニット4に電気的に接続されており、その動作が制御される。
なお、ここでいう熱交換器は、温度の高い物体から温度の低い物体へ熱を移動させるものである。ヒーターは、熱交換器の一例である。
なお、図2において、矢印B11は、流体が配管10内を流れる向きの例を示している。
The heating unit 2 (an example of a heat exchanger) is for heating a predetermined portion by exchanging heat with the
The heat exchanger referred to here transfers heat from an object having a high temperature to an object having a low temperature. The heater is an example of a heat exchanger.
In FIG. 2, the arrow B11 shows an example of the direction in which the fluid flows in the
プレヒーター2bは、配管10内を流れる流体を加熱する。このプレヒーター2bは、配管10内を流れる気体の流体の液化を防止するために設けられている。例えば、配管10内を流れる流体が蒸気である場合に、プレヒーター2bが当該蒸気を加熱することで、当該蒸気が液化して配管10内や負荷設備30内に水滴が付着することを防止する。
The
温度センサー群3Aは、配管10における表面10aの加熱部2の設置部分11の両側(上流側及び下流側)に配置されている。各温度センサー群3Aは、上記設置部分11からの距離に応じて設置位置が決定される。例えば、設置部分11の上流側を例に挙げると、各温度センサー群3Aは、図2(a)に示すように、設置部分11の端面からの距離が0mm(ミリメートル)、6mm、14mm、24mm、36mm、50mm、66mm、84mm、104mm、126mm、150mm、176mmに設置されている。ここで、設置部分11の端面からの距離が0mmとは、温度センサー群3Aが加熱部2の端面に沿って配置されることを意味する。なお、図2(b)では、配管10の断面構造として、設置部分11の下流側端面の近傍(A−A矢視による断面)を図示し、図2(c)では、設置部分11の下流側端面からの距離が24mm近傍(B−B矢視による断面)とを図示している。
The
図2(a)に示されるように、温度センサー群3Aは、設置部分11から離間するに従って、隣接する温度センサー群3A間の距離が2mmずつ大きくなるように配置されている。したがって、温度センサー群3Aは、設置部分11(加熱部2)に近い程、センサーが密集して配置されたものとなっている。これにより、設置部分11の近傍において配管10の表面10aの温度を精度良く検出することが可能とされている。
As shown in FIG. 2A, the
温度計測部3は、複数(本実施形態では、例えば、12個)の温度センサー群3Aから構成される。各温度センサー群3Aは、配管10の表面10aにおいて、当該配管10の管軸方向に沿って配置される。各温度センサー群3Aは、それぞれ配管10の表面10aの温度を計測する温度センサー3aを複数含む。本実施形態において、各温度センサー群3Aは4つの温度センサー3aから構成される。4つの温度センサー3aは、配管10の表面10aにおいて、周方向に均等に配置されている。すなわち、4つの温度センサー3aは、配管10の周方向において、90度ずつ位置を違えるように配置されている。各温度センサー群3Aは、4つの温度センサー3aが計測した値の平均値を計測値として出力する。このように温度センサー群3Aは、配管10の表面10aにおける複数個所を計測した値の平均を計測値とすることで信頼性の高い計測結果(温度)を出力することが可能である。
The
なお、各温度センサー群3Aを構成する温度センサー3aの数は、図2に示す4つに限られず1つ以上であればよい。例えば、各温度センサー群3Aが、2つの温度センサー3aから構成され、2つの温度センサー3aが、配管10の周方向に左右均等に(配管10の周方向において180度位置を違えるように)配置されていてもよい。上記のように、各温度センサー群3Aが複数の温度センサー3aを備え、配管10の表面10aにおける複数個所を計測した値の平均を計測値とすることで信頼性の高い計測結果(温度)を出力することが可能である。
The number of
上述した構成に基づき、温度計測部3は、各温度センサー群3Aの計測結果から配管10の管軸方向における表面10aの温度分布を計測することが可能である。温度計測部3は、計測した温度分布を制御ユニット4に送信する。
また、配管10は、表面10aの少なくとも一部が保温材12により覆われている。本実施形態において、保温材12(断熱材)は、配管10の表面10aに設けられた加熱部2、及び温度計測部3(各温度センサー3a)を覆うように管軸方向に亘って設置されている。
Based on the above-described configuration, the
Further, at least a part of the
次に、図3を参照して、制御ユニット4の構成例について説明する。
図3は、本実施形態における制御ユニット4の一例を示すブロック図である。
図3に示すように、制御ユニット4は、計算装置40と、入力装置60と、表示装置70とを備えている。また、計算装置40は、変換器41と、記憶部42と、制御部50とを備えている。制御ユニット4は、流速算出部の一例である
Next, a configuration example of the
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the
As shown in FIG. 3, the
入力装置60は、例えば、キーボードやマウスなどのポインティングデバイス等であり、初期設定値などのパラメータや仮データを受け付けて、計算装置40に出力する。
表示装置70は、例えば、液晶ディスプレイ装置などであり、入力されたデータに関する情報、及び計算に関する情報などを表示することができる。
The
The
変換器41は、例えば、A/D変換器(アナログ/デジタル変換器)であり、流速計測システム100の温度計測部3から送信された計測データ(温度分布)を変換する。
記憶部42は、変換器41を介して入力された温度計測部3の計測結果や、入力装置60を介して受け付けたパラメータや仮データなどの各種情報を記憶する。また、記憶部42は、例えば、配管10の表面10aにおける温度分布と、配管10の内部を流れる流体の流速との関係を示す関係情報を予め(流速の計測よりも前に)記憶している。記憶部42は、例えば、流体の流速ごとに、当該流速と温度分布とが対応付けられた関係情報を記憶している。
The
The
制御部50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などを含むプロセッサであり、制御ユニット4(計算装置40)を統括的に制御する。制御部50は、変換器41を介して温度計測部3の計測データ(温度分布)を取得し、記憶部42に記憶させる。制御部50は、入力装置60を介して受け付けたパラメータや仮データなどの情報を、記憶部42に記憶させる。そして、制御部50は、記憶部42に記憶されているこれらの情報に基づいて、配管10の内部を流れる蒸気の流速を算出する。制御部50は、例えば、温度計測部3の計測結果(配管10の表面10aにおける温度分布)を用い、記憶部42に記憶された情報から配管10の内部を流れる蒸気の流速を算出する。
The
制御部50は、温度計測部3が配管10の表面10aにおける温度分布を計測すると、例えば、記憶部42が記憶する上述した関係情報を参照して、温度計測部3が計測した温度分布に最も近い(例えば、差の絶対値の合計が最も小さい)温度分布に対応付けられている流速を読み出して、流速の計測値とする。
また、制御部50は、算出部51と、流速設定部52と、補正部53と、流速決定部54とを備えている。
When the
Further, the
算出部51は、配管10の内部を流れる流体の1点以上の流速に対する温度分布の解析値(理論値)を算出する。算出部51は、例えば、記憶部42が記憶している温度計測部3の計測結果や、パラメータ、仮データなどの情報に基づいて、例えば、有限要素法などを用いて、流速に対する温度分布の解析値(理論値)を算出する。ここで、パラメータには、例えば、配管10の内径、肉厚、材質、熱伝導率、保温材12の厚さ等であり、仮データには、配管10の内部の入力温度などが含まれる。
The
また、算出部51は、算出した温度分布の解析値(理論値)に基づいて、温度分布の後述する特徴量を算出する。温度分布の特徴量は、例えば、半値幅、最高温度、又は、温度分布波形の面積などがある。すなわち、温度分布の特徴量は、流速の増加に応じて減少する特徴量である。温度分布の算出部51は、算出した温度分布の特徴量を、解析に使用することが可能なパラメータとして、記憶部42に記憶させてもよい。
Further, the
流速設定部52は、温度分布の解析値(理論値)から得られた温度分布の解析値の特徴量と、配管10に関して計測された温度分布の実測値の特徴量に基づいて、流速を設定する。流速設定部52は、例えば、想定された流速の範囲の中点の流速に対して算出部51により算出された温度分布の解析値から得られた解析値の特徴量と、計測された実測値の特徴量との大小関係に応じて、新たな点の流速を設定する。流速設定部52は、例えば、3点以上の流速を設定する。
The flow
補正部53は、配管10に関して計測された温度分布の実測値に基づく温度分布の基準レベルを示す実測基準レベル(ベースライン温度)に基づいて、算出部51により算出された温度分布の解析値を補正する。補正部53は、例えば、温度分布の解析値から得られたベースライン温度(解析基準レベル)と、計測された温度分布から得られたベースライン温度(実測基準レベル)との大小関係に応じて、パラメータの1つである配管10の内部の入力温度を調整して、温度分布の解析値(理論値)を補正する。ここで、配管10の内部の入力温度は、例えば、加熱部2(所定部分)から上流の基準レベルに対応する配管10の管軸方向の位置における配管10内の温度である。
The
流速決定部54は、流速設定部52により設定された流速に対する温度分布の解析値であって、補正部53により補正された温度分布の解析値に基づいて、流速を決定する。流速決定部54は、例えば、温度分布と流速とを対応付けた関係情報に基づいて、流速を決定する。具体的に、流速決定部54は、例えば、温度分布の解析値(理論値)と、温度分布の実測値との2乗誤差に基づいて、流速を決定する。
なお、算出部51、流速設定部52、補正部53、及び流速決定部54の詳細については、後述する。
The flow
The details of the
このように、記憶部42は、温度分布と流速とを対応付けた関係情報を記憶する。そして、加熱部2が、リングヒーター(リング状のヒーター)で所定箇所を加熱し、配管10の温度分布が定常状態になった状態で、温度計測部3が、配管10における温度分布を計測する。そして、制御ユニット4は、関係情報を参照して、計測で得られた温度分布に最も近い温度分布に対応付けられている流速を流速計測値とする。
In this way, the
次に、記憶部42が記憶する関係情報の取得方法について説明する。
関係情報は、配管10の温度定常状態における熱の伝わりを、有限要素法で解析して求めることができる。以下では、制御ユニット4が有限要素法の計算を行う場合を例に説明するが、他のコンピュータを用いて有限要素法の解析を行うようにしてもよい。
配管10に有限要素法を適用するために、配管10の領域をセル(部分領域)に分割する。
Next, a method of acquiring the relational information stored in the
The relational information can be obtained by analyzing the heat transfer in the steady temperature state of the
In order to apply the finite element method to the
図4は、配管10の領域のセルへの分割例を示す説明図である。
同図に示す領域A11は、管内の領域(流体が流れる領域)を示す。領域A12は、配管10の領域(管壁の領域)を示す。領域A13は、配管10の周りに巻かれた断熱材(保温材12)の領域を示す。領域A14は、断熱材の外側の空気の領域を示す。また、矢印B11は、流体が配管10内を流れる向きの例を示している。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of dividing the region of the
The region A11 shown in the figure indicates a region in the pipe (a region through which a fluid flows). The area A12 indicates the area of the pipe 10 (the area of the pipe wall). Region A13 indicates a region of a heat insulating material (heat insulating material 12) wound around the
有限要素法を適用するためのセル分割にて、図4に示すように、配管10の管壁の領域A12を均等な厚みで3層に分割する。この3層と、流体の領域A11、断熱材の領域A13、及び外部の空気の領域A14とで、配管10の半径方向に6層に分割されている。
また、配管10の軸方向(長手方向)に関しては、例えば3mm幅など比較的小さい幅で均等に分割する。
また、加熱部2としてリング状のヒーターを用い、図4に示すように、配管10の長手方向における加熱部2の厚みを無視する。特に、加熱部2が、配管10の管壁の領域A12のセルのうち1つのみに入熱するものとして近似する。また、加熱部2自体の容量の影響は無視する(容量が十分に小さいものとする)。
In the cell division for applying the finite element method, as shown in FIG. 4, the region A12 of the pipe wall of the
Further, with respect to the axial direction (longitudinal direction) of the
Further, a ring-shaped heater is used as the
隣接する接点との熱移動は、管内面と管内の流体との対流熱伝達、管壁内(図4の領域A12内)での熱伝導、管壁から断熱材への熱伝導、及び断熱材内での熱伝導、断熱材外表面と周囲空気との対流熱伝達による熱移動とする。また、加熱部2から十分離れた管端の部分のセルの外縁を断熱条件とする。
以下の熱バランスによる方程式(以下の式(1))をセルごとに設定しておき、制御ユニット4が、有限要素法を用いて解析することで、セル間の温度差を算出する。有限要素法の解法(連立方程式の解法)として、例えば、Newton-Raphson法を用いることができる。
但し、制御ユニット4が用いる解法は、Newton-Raphson法に限られず、連立方程式に適用することが可能ないろいろな解法を用いることができる。
Heat transfer with adjacent contacts includes convective heat transfer between the inner surface of the pipe and the fluid in the pipe, heat transfer inside the pipe wall (inside region A12 in FIG. 4), heat conduction from the pipe wall to the heat insulating material, and heat insulating material. Heat transfer is performed by heat conduction inside and convective heat transfer between the outer surface of the heat insulating material and the ambient air. Further, the outer edge of the cell at the end of the pipe sufficiently separated from the
The following equation based on thermal balance (the following equation (1)) is set for each cell, and the
However, the solution method used by the
ここで、定常状態では、隣接するセルからの入熱量の和が0になる。なお、熱量の放出は、入熱量マイナスとして表す。
座標(i,j)に位置するセルにおける熱バランスは、式(1)のように表される。
Here, in the steady state, the sum of the amount of heat input from the adjacent cells becomes 0. The amount of heat released is expressed as minus the amount of heat input.
The thermal balance in the cell located at the coordinates (i, j) is expressed by the equation (1).
Qi,j−1+Qi,j+1+Qi−1,j+Qi+1,j=0 ・・・ (1) Q i, j-1 + Q i, j + 1 + Q i-1, j + Q i + 1, j = 0 ... (1)
ここで、座標(i,j)に位置するセルに隣接するセルの座標を、(i,j−1)、(i,j+1)、(i−1,j)、(i+1,j)とする。また、Qi,j−1、Qi,j+1、Qi−1,j、Qi+1,jは、それぞれ、添え字で示す座標に位置するセルからの入熱量を示す。なお、隣接するセルが無い場合は、当該セルからの入熱量を0とする。
上記のように、セルごとに熱バランスによる方程式(式(1))を設定する。当該方程式の設定は、例えば、流速計測システム100のユーザーが行って、制御ユニット4の記憶部42に記憶させる。そして、制御ユニット4は、流速の設定値ごとに有限要素法による解析を行って、温度分布と流速との関係を示す関係情報を取得する。
Here, let the coordinates of the cell adjacent to the cell located at the coordinate (i, j) be (i, j-1), (i, j + 1), (i-1, j), (i + 1, j). .. Further, Q i, j-1 , Q i, j + 1 , Q i-1, j , and Q i + 1, j each indicate the amount of heat input from the cell located at the coordinates indicated by the subscripts. If there is no adjacent cell, the amount of heat input from the cell is set to 0.
As described above, an equation based on thermal balance (Equation (1)) is set for each cell. The setting of the equation is performed by, for example, the user of the flow
式(1)のQi,j−1、Qi,j+1、Qi−1,j、Qi+1,jには、例えば、以下の式(2)、式(3)、式(4)のいずれかの右辺を適用する。 For Q i, j-1 , Q i, j + 1 , Q i-1, j , and Q i + 1, j of equation (1), for example, the following equations (2), (3), and (4) Apply one of the right-hand sides.
対流熱伝達:配管10のセルのうち最内側のセルへの流体(配管10内の流体)からの入熱量は、式(2)のように示される。
Convective heat transfer: The amount of heat input from the fluid (fluid in the pipe 10) to the innermost cell of the cells of the
対流熱伝達による入熱量=α・A・Δt ・・・ (2) Amount of heat input by convective heat transfer = α ・ A ・ Δt ・ ・ ・ (2)
ここで、α[W(ワット)/(m2(平方メートル)・K(ケルビン))]は、対流熱伝達率を示す。
また、A[m2]は、伝熱面積を示す。ここでは、配管10のセルが管内の流体に接する面積である。
また、Δt[K]は、隣接するセルとの温度差を示す。ここでは、配管10と管内の流体との接触部分における温度差を示す。
Here, α [W (watt) / (m 2 (square meter) · K (Kelvin))] indicates the convective heat transfer coefficient.
Further, A [m 2 ] indicates a heat transfer area. Here, it is the area where the cell of the
Further, Δt [K] indicates the temperature difference from the adjacent cell. Here, the temperature difference at the contact portion between the
半径方向熱伝導:配管10内における配管10の半径方向の熱伝導による入熱量は、式(3)のように示される。すなわち、管の半径方向に隣接する管のセル(管をメッシュに切ったセル)からの入熱量は、式(3)のように示される。
Radial heat conduction: The amount of heat input due to the radial heat conduction of the
半径方向熱伝導による入熱量=2π・λ・L・Δt/ln(ro/ri)
・・・ (3)
Heat input due to radial heat conduction = 2π ・ λ ・ L ・ Δt / ln (ro / ri)
・ ・ ・ (3)
ここで、πは、円周率を示す。
また、λ[W/(m(メートル)・K)]は、配管10の素材(例えば鋼鉄)の熱伝導率を示す。
また、L[m]は、管軸方向(配管10の軸方向)におけるセルの長さを示す。
また、Δt[K]は、上記のように、隣接するセルとの温度差を示す。ここでは、配管10の半径方向に隣接する配管10のセル同士の接触部分における温度差を示す。
また、lnは、自然対数を示す。また、ro/ri[m]は、半径方向におけるセル間の距離(例えば、セルの中心間の距離)を示す。ここで、roは、セルの外側の半径を示し、riは、セルの内側の半径を示す。
Here, π indicates the pi.
Further, λ [W / (m (meter) · K)] indicates the thermal conductivity of the material (for example, steel) of the
Further, L [m] indicates the length of the cell in the pipe axial direction (axial direction of the pipe 10).
Further, Δt [K] indicates the temperature difference from the adjacent cell as described above. Here, the temperature difference at the contact portion between the cells of the
In addition, ln indicates a natural logarithm. Further, ro / ri [m] indicates the distance between cells in the radial direction (for example, the distance between the centers of cells). Here, ro indicates the radius outside the cell, and ri indicates the radius inside the cell.
管軸方向熱伝導:配管10内における配管10の軸方向(長手方向)の熱伝導による入熱量は式(4)のように示される。すなわち、管軸方向に隣接する配管10のセルからの入熱量は式(4)のように示される。
Pipe axial heat conduction: The amount of heat input due to the axial (longitudinal) heat conduction of the
管軸方向熱伝達による入熱量=λ・A・Δt/L ・・・ (4) Heat input due to heat transfer in the tube axis direction = λ ・ A ・ Δt / L ・ ・ ・ (4)
ここで、λ、Lは、上記のとおりである。
また、A[m2]は、上記のように、伝熱面積を示す。ここでは、配管10のセル同士(配管10の半径方向に隣接する配管10のセル)が接する面積である。
また、Δt[K]は、上記のように、隣接するセルとの温度差を示す。ここでは、管軸方向に隣接する配管10のセル同士の接触部分における温度差を示す。
Here, λ and L are as described above.
Further, A [m 2 ] indicates the heat transfer area as described above. Here, it is the area where the cells of the
Further, Δt [K] indicates the temperature difference from the adjacent cell as described above. Here, the temperature difference at the contact portion between the cells of the
また、対流熱伝達に関して、以下の式(5)を用いる。 Further, the following equation (5) is used for convective heat transfer.
Nud=0.022・XWT・Red 0.8・Pr 0.4 ・・・ (5) N ud = 0.022 · X WT · R ed 0.8 · P r 0.4 ··· (5)
ここで、Nudは、ヌセルト数(Nusselt Number)を示す。
また、Redは、レイノルズ数(Reynolds Number)を示す。
また、Prは、プラントル数(Prandtl Number)を示す。
また、XWTは、温度を修正する係数であり、加熱部2(ヒーター)からの距離に応じた値を取る。特に、XWTは、加熱部2の近傍について温度を高くする(すなわち、熱伝達を大きくする)。以下では、XWTを熱伝達率修正係数と称する。
Here, Nud indicates the Nusselt number.
In addition, Red indicates the Reynolds number.
In addition, Pr indicates the Prandtl Number.
Further, X WT is a coefficient for correcting the temperature, and takes a value according to the distance from the heating unit 2 (heater). In particular, the X WT raises the temperature in the vicinity of the heating unit 2 (that is, increases the heat transfer). Hereinafter, X WT is referred to as a heat transfer coefficient correction coefficient.
なお、本実施形態では、熱伝達率修正係数XWTを使用することで精度を向上させる場合を示すが、他の構成例として、精度が十分であれば、熱伝達率修正係数XWTを使用しない構成(熱伝達率修正係数XWT=1とみなす構成)が用いられてもよい。 In this embodiment, the case where the accuracy is improved by using the heat transfer coefficient correction coefficient X WT is shown, but as another configuration example, if the accuracy is sufficient, the heat transfer coefficient correction coefficient X WT is used. A configuration that does not (a configuration that considers the heat transfer coefficient correction coefficient XWT = 1) may be used.
ヌセルト数Nudは、式(6)のように示される。 The Nusselt number N ud is expressed by the equation (6).
Nud=αi・di/λ ・・・ (6) N ud = αi ・ di / λ ・ ・ ・ (6)
ここで、λは、上記のとおりである。
また、di[m]は、配管10の内径を示す。
また、αi[W/(m2・K)]は、配管10の内部における熱伝導率を示す。
Here, λ is as described above.
Further, di [m] indicates the inner diameter of the
Further, αi [W / (m2 · K)] indicates the thermal conductivity inside the
また、レイノルズ数Redは、式(7)のように示される。 The Reynolds number Red is expressed by the equation (7).
Red=u×di/ν ・・・ (7) Red = u × di / ν ・ ・ ・ (7)
ここで、u[m/s(秒)]は、配管10内を流れる流体の流速を示す。
また、ν[m2/s]は、配管10内を流れる流体の動粘性係数を示す。
また、di[m]は、配管10の内径を示す。
Here, u [m / s (seconds)] indicates the flow velocity of the fluid flowing in the
Further, ν [m2 / s] indicates the kinematic viscosity coefficient of the fluid flowing in the
Further, di [m] indicates the inner diameter of the
また、プラントル数Prは、式(8)のように示される。 Further, the Prandtl number Pr is expressed by the equation (8).
Pr=ν×ρ×Cp/λ ・・・ (8) Pr = ν × ρ × Cp / λ ・ ・ ・ (8)
ここで、ν、λは、上記のとおりである。
また、ρ[kg(キログラム)/m3(立方メートル)]は、流体の密度を示す。
また、Cp[kJ(キロジュール)/(kg・K)]は、流体の比熱を示す。
Here, ν and λ are as described above.
In addition, ρ [kg (kilogram) / m 3 (cubic meter)] indicates the density of the fluid.
Further, Cp [kJ (kilojoule) / (kg · K)] indicates the specific heat of the fluid.
式(5)のヌセルト数Nudは、式(2)の対流熱伝達率αと比例し、ヌセルト数Nudから対流熱伝達率αを求めることができる。式(5)のように熱伝達率修正係数XWTを導入してヌセルト数Nudの値を高精度に求めることで、対流熱伝達率αの値を高精度に求めることができる。また、対流熱伝達率αの値を高精度に得られることで、有限要素法を用いての解析でセル間の温度差を高精度に求めることができ、これにより、配管10における温度分布の解析値の精度を高めることができる。
Nusselt number N ud of formula (5) is proportional to the convective heat transfer coefficient of the formula (2) alpha, it is possible to obtain the convective heat transfer coefficient alpha from Nusselt number N ud. By introducing the heat transfer coefficient correction coefficient X WT as in the equation (5) and obtaining the value of the Nusselt number Nu with high accuracy, the value of the convection heat transfer coefficient α can be obtained with high accuracy. Further, since the value of the convection heat transfer coefficient α can be obtained with high accuracy, the temperature difference between cells can be obtained with high accuracy by the analysis using the finite element method, whereby the temperature distribution in the
また、対流熱伝達に関して、以下の式(9)も用いる。 The following equation (9) is also used for convective heat transfer.
W = YHT・G・Cp・ΔT ・・・ (9) W = YHT・ G ・ C p・ ΔT ・ ・ ・ (9)
ここで、Cpは、上記のとおりである。
また、W[J(ジュール)/s]は、加熱部2による加熱量を示す。
また、G[kg/s]は、配管10を流れる流体の全流量を示す。
また、ΔT[℃(度)]は、加熱部2のヒーターの加熱による流体の上昇温度を示す。
また、YHTは、管断面を流れる流体の全量のうち、加熱部2のヒーターからの熱の伝達に寄与する流体の量(加熱部2のヒーターの加熱による熱を受けた流体の量)の割合を示す。具体的には、管断面における流体全体の面積をSとし、管断面における流体のうちヒーターの加熱による熱を受けた部分の面積をS1として、YHT=(S1/S)と表される。以下では、YHTを温度境界係数と称する。
Here, Cp is as described above.
Further, W [J (joule) / s] indicates the amount of heating by the
Further, G [kg / s] indicates the total flow rate of the fluid flowing through the
Further, ΔT [° C. (degrees)] indicates the temperature rise of the fluid due to the heating of the heater of the
Further, YHT is the amount of the fluid that contributes to the heat transfer from the heater of the heating unit 2 (the amount of the fluid that receives the heat from the heating of the heater of the heating unit 2) out of the total amount of the fluid flowing through the pipe cross section. Shows the percentage. Specifically, the area of the entire fluid in the pipe cross section is S, and the area of the portion of the fluid in the pipe cross section that receives heat from the heating of the heater is S1, and is expressed as YHT = (S1 / S). In the following, referred to as the temperature boundary coefficient Y HT.
上述したように、配管10内に蒸気を流して温度分布、及び流速を実測し、温度分布の解析値(一般的な熱伝達の式を適用して有限要素法を用いた解析で得られた値)と実測値とを比較したところ、加熱部2のヒーター設置位置の近傍で、温度実測値が解析値よりも高くなった。上述した加熱部2のヒーター設置位置から上流側での温度のずれに加えて、加熱部2のヒーター設置位置から下流側でも、温度実測値が解析値よりも高くなった。この温度のずれの一因として、配管10内を流れる流体のうち、ヒーターからの熱を伝達するのは配管10の内面に近い一部のみであることが考えられる。そこで、温度境界係数YHTを導入して再計算をおこなったところ、解析値と実測値とがよりよく一致した。特に、熱伝達率修正係数XWT、温度境界係数YHTの両方を導入することで、解析値と実測値とがよりよく一致した。
As described above, steam was passed through the
なお、温度境界係数YHTの値を1より小さくすることは、ヒーターからの熱の伝達に寄与する流体の量を少なくすることに相当する。ヒーターからの熱の伝達に寄与する流体の量が少ないと、式(2)の温度差Δtの値(配管10と配管10内の流体との接触部分における温度差)が大きく算出される。温度境界係数YHTを導入して式(2)の温度差Δtの値を高精度に算出することで、配管10における温度分布の解析値の精度を高めることができる。
Note that making the value of the temperature boundary coefficient YHT smaller than 1 corresponds to reducing the amount of fluid that contributes to heat transfer from the heater. When the amount of the fluid contributing to the heat transfer from the heater is small, the value of the temperature difference Δt in the equation (2) (the temperature difference at the contact portion between the
流速計5は、流速計測部の一例であり、配管10内を流れる流体の流速を計測する。流速計5を備えることで、流速計測システム100は、配管10における温度分布と、配管10内を流れる流体の流速とを計測する。これにより、流速計測システム100は、配管10の表面10aにおける温度分布と、配管10の内部を流れる流体の流速との実測値における対応関係を取得する。
本実施形態では、流速計測システム100の制御ユニット4は、上述した、配管10の温度定常状態における熱の伝わりを有限要素法で解析する機能を有している。
The
In the present embodiment, the
ここで、配管10内を流れる流体の様々な流速について温度分布、及び流速を計測すれば、記憶部42に記憶させる関係情報を取得することができる。しかしながら、関係情報をすべて実測にて取得しようとすると計測回数が多くなり、流速計測システム100のユーザーにとって、流速計測システム100を設定する負担(例えば、流体の流速を調節する負担)が大きくなる。
そこで、制御ユニット4(制御部50)が、配管10の温度定常状態における熱の伝わりを流体の流速ごとに有限要素法で解析して関係情報を取得する。これにより、ユーザーが流速計測システム100を設定する負担を低減させることができる。制御ユニット4は、関係情報設定部の一例である。
Here, if the temperature distribution and the flow velocity are measured for various flow velocities of the fluid flowing in the
Therefore, the control unit 4 (control unit 50) analyzes the heat transfer in the temperature steady state of the
制御ユニット4(制御部50)は、上述した式(1)〜式(9)に基づいて、配管10の温度定常状態における熱の伝わりを解析する。その際、制御ユニット4は、熱伝達率修正係数XWTの値、及び温度境界係数YHTの値を予め(関係情報を取得するための解析を行う前に)設定しておく。制御ユニット4(制御部50)は、温度境界係数値取得部の一例である。
The control unit 4 (control unit 50) analyzes the heat transfer in the temperature steady state of the
制御ユニット4(制御部50)は、例えば、熱伝達率修正係数XWTの値と温度境界係数YHTの値との組み合わせを複数用意しておく。そして、制御ユニット4は、流速計測システム100が実測した流速(流速計5が計測した流速)について、熱伝達率修正係数XWTの値と温度境界係数YHTの値との組み合わせごとに、有限要素法による解析を行って配管10における温度分布を算出する。そして、制御ユニット4(制御部50)は、配管10における温度分布の実測値に最も近い解析値を得られた、熱伝達率修正係数XWTの値と温度境界係数YHTの値との組み合わせを採用する。
The control unit 4 (control unit 50) prepares, for example, a plurality of combinations of a value of the heat transfer coefficient correction coefficient X WT and a value of the temperature boundary coefficient Y HT. Then, the
このように、本実施形態では、配管10の温度分布から配管10の内部を流れる流体の流速を求める方法として、温度分布と流速との関係を予め求めておき、得られた関係を用いて温度分布を流速に換算する方法が用いられ、この場合に、流速を精度良く求めるために、温度分布と流速との関係を精度良く求めておく。
As described above, in the present embodiment, as a method of obtaining the flow velocity of the fluid flowing inside the
次に、図面を参照して、制御ユニット4(制御部50)によるフィッティングを使用する解析処理について説明する。
図5は、配管10の軸方向の距離と配管10の表面10aの温度との関係の例を示す図である。なお、図5(a)は、流速5[m/s]の場合の配管10の軸方向の距離と配管10の表面10aの温度との関係を示している。また、図5(b)は、流速20[m/s]の場合の配管10の軸方向の距離と配管10の表面10aの温度との関係を示している。また、図5(c)は、流速35[m/s]の場合の配管10の軸方向の距離と配管10の表面10aの温度との関係を示している。
Next, with reference to the drawings, an analysis process using fitting by the control unit 4 (control unit 50) will be described.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the axial distance of the
図5に示されるグラフにおいて、横軸は配管10の軸方向の距離[m]を表わしており、縦軸は配管10の表面10aの温度[℃]を表わしている。図5(a)〜図5(c)のそれぞれにおいて、配管10の軸方向の距離と配管10の表面10aの温度との関係の特性(流速5[m/s]の場合の温度分布の特性201、流速20[m/s]の場合の温度分布の特性202、流速35[m/s]の場合の温度分布の特性203)の例を示してある。
各特性201〜203は、横軸に関して、左右対称の形状(又は、左右対称に近い形状)を有しており、当該左右対称の横軸の中心の位置(又は、横軸の中心に近い位置)が加熱部2の位置に対応する。
In the graph shown in FIG. 5, the horizontal axis represents the distance [m] in the axial direction of the
Each characteristic 2001-203 has a symmetrical shape (or a shape close to left-right symmetry) with respect to the horizontal axis, and the position of the center of the left-right symmetry horizontal axis (or a position close to the center of the horizontal axis). ) Corresponds to the position of the
図6は、温度分布の特性における特徴量の例を示す図である。
図6(a)は、温度分布の特性201における半値幅P1の例を示す図である。また、図6(b)は、温度分布の特性201における最高温度P2の例を示す図である。ここで、最高温度P2は、例えば、ピークの温度を示す。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a feature amount in the characteristics of the temperature distribution.
FIG. 6A is a diagram showing an example of the full width at half maximum P1 in the characteristic 201 of the temperature distribution. Further, FIG. 6B is a diagram showing an example of the maximum temperature P2 in the characteristic 201 of the temperature distribution. Here, the maximum temperature P2 indicates, for example, the peak temperature.
また、図6(c)は、温度分布の特性201における温度分布波形の面積P3の例を示す図である。
温度分布波形の面積P3は、本実施形態では、ベースライン温度BT1と温度分布波形(山形の線)とで囲まれる領域の面積としてある。この場合、面積P3は、ベースライン温度BT1に左右されず、感度が良い。図6(c)の例において、ベースラインとしては、例えば、左のベースライン上の点(例えば、右端の方の点)と右のベースライン上の点(例えば、左端の方の点)とを結んだ線が用いられている。
Further, FIG. 6C is a diagram showing an example of the area P3 of the temperature distribution waveform in the characteristic 201 of the temperature distribution.
In the present embodiment, the area P3 of the temperature distribution waveform is the area of the region surrounded by the baseline temperature BT1 and the temperature distribution waveform (mountain-shaped line). In this case, the area P3 is not affected by the baseline temperature BT1 and has good sensitivity. In the example of FIG. 6C, the baseline includes, for example, a point on the left baseline (for example, the point on the right end) and a point on the right baseline (for example, the point on the left end). The line connecting the is used.
なお、他の構成例として、温度分布波形の面積P3としては、他の面積が用いられてもよい。具体例として、温度分布波形の面積P3としては、横軸(縦軸の値が0)と温度分布波形(山形の線)とで囲まれる領域の面積が用いられてもよく、又は、当該横軸の代わりに縦軸の値が0でない線(当該横軸に平行な線、又は、非平行な線)が用いられてもよく、また、面積を求める領域を区切る横軸の値の最小値又は最大値のうちの一方又は両方が設定されてもよい。
ここで、図6は、図5に示されるグラフに対応する例を示した図である。
通常、流速が大きくなると、半値幅P1は小さくなり、最高温度P2は小さくなり、温度分布波形の面積P3は小さくなる。
As another configuration example, another area may be used as the area P3 of the temperature distribution waveform. As a specific example, as the area P3 of the temperature distribution waveform, the area of the region surrounded by the horizontal axis (value on the vertical axis is 0) and the temperature distribution waveform (mountain-shaped line) may be used, or the horizontal axis may be used. A line whose vertical axis value is not 0 (a line parallel to or non-parallel to the horizontal axis) may be used instead of the axis, and the minimum value of the horizontal axis value that divides the area for which the area is to be obtained. Alternatively, one or both of the maximum values may be set.
Here, FIG. 6 is a diagram showing an example corresponding to the graph shown in FIG.
Normally, as the flow velocity increases, the full width at half maximum P1 decreases, the maximum temperature P2 decreases, and the area P3 of the temperature distribution waveform decreases.
ここで、上記のように、解析に使用することが可能なパラメータ(温度分布の特徴量)として、半値幅、最高温度、又は温度分布波形の面積などがある。本実施形態では、解析のパラメータとして、温度分布波形の面積を使用する例を説明するが、他の構成例として、最高温度が使用されてもよく、又は、半値幅が使用されてもよく、又は、半値幅、最高温度、温度分布波形の面積のうちの2以上を組み合わせたものが使用されてもよい。 Here, as described above, the parameters (features of the temperature distribution) that can be used in the analysis include the full width at half maximum, the maximum temperature, and the area of the temperature distribution waveform. In the present embodiment, an example of using the area of the temperature distribution waveform as the parameter of the analysis will be described, but as another configuration example, the maximum temperature may be used, or the full width at half maximum may be used. Alternatively, a combination of two or more of the full width at half maximum, the maximum temperature, and the area of the temperature distribution waveform may be used.
図7は、温度分布の解析値及び実測値の一例を示す図である。
図7に示されるグラフにおいて、横軸は配管10の軸方向の距離[m]を表わしており、縦軸は配管10の表面10aの温度[℃]を表わしている。
図7に示す例では、温度分布の解析値204と、実測値205とが、ベースライン温度付近で一致していない場合の一例を示している。ここで、ベースライン温度BT0は、実測値205のベースラインの温度を示し、ベースライン温度BT1は、解析値204のベースラインの温度を示している。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the analysis value and the actually measured value of the temperature distribution.
In the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis represents the axial distance [m] of the
In the example shown in FIG. 7, an example is shown in which the
図7に示すような場合には、制御ユニット4は、解析値のベースライン温度BT1と実測値のベースライン温度BT0とに基づいて、配管10の内部の入力温度を調整して、有限要素法を用いて再解析を行うことで、温度分布の解析値204を補正する。制御ユニット4は、例えば、解析値のベースライン温度BT1が、実測値のベースライン温度BT0より大きい場合には、入力温度を減少方向に調整して、再び、温度分布の解析値を算出する。また、制御ユニット4は、例えば、解析値のベースライン温度BT1が、実測値のベースライン温度BT0より小さい場合には、入力温度を増加方向に調整して、再び、温度分布の解析値を算出する。これにより、補正後の解析値206が、実測値205に一致するようにフィッティングされる。
このように、ベースライン温度に着目して、温度分布の解析値を補正することにより、配管10における温度分布の解析値の精度をさらに高めることができる。
In the case shown in FIG. 7, the
By paying attention to the baseline temperature and correcting the analysis value of the temperature distribution in this way, the accuracy of the analysis value of the temperature distribution in the
なお、ベースライン温度は、加熱部2より上流におけるベースライン温度を用いてもよいし、加熱部2より下流におけるベースライン温度を用いてもよい。また、ベースライン温度は、加熱部2より上流におけるベースライン温度と、加熱部2より下流におけるベースライン温度との平均値を用いてもよい。
As the baseline temperature, the baseline temperature upstream of the
なお、制御ユニット4は、温度分布の実測値を指数関数で近似させて、実測値のベースライン温度BT0を算出し、温度分布の解析値を指数関数で近似させて解析値のベースライン温度BT1を算出する。ここで、実測値のベースライン温度BT0、及び解析値のベースライン温度BT1は、以下の式(10)により算出することができる。
The
T=A・exp(B・X)+C ・・・ (10) T = A ・ exp (BX) + C ・ ・ ・ (10)
ここで、T[℃]は、配管10の表面10aの温度を示す。また、X[m]は、配管10の軸方向の位置を示す。また、A、及びBは、係数を示し、C[℃]は、ベースライン温度を示す。
Here, T [° C.] indicates the temperature of the
図8は、流速と温度分布波形の面積との関係の例を示す図である。
図8に示されるグラフにおいて、横軸は流速[m/s]を表わしており、縦軸は温度分布波形の面積を表わしている。当該グラフに、流速と温度分布波形の面積との関係に関し、実測値301の例と、解析値311の例を示してある。ここで、解析値311は、例えば、複数の実測値301に対してフィッティングの処理を行った結果として得られた特性(流速と温度分布波形の面積との関係の特性)である。本例では、解析値311を求めるフィッティングにおいて、2次関数の解析値が用いられている。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the flow velocity and the area of the temperature distribution waveform.
In the graph shown in FIG. 8, the horizontal axis represents the flow velocity [m / s], and the vertical axis represents the area of the temperature distribution waveform. The graph shows an example of the measured
図9は、流速と2乗誤差(温度分布の実測値と温度分布の解析値との2乗誤差)との関係の例を示す図である。
図9に示されるグラフにおいて、横軸は流速[m/s]を表わしており、縦軸は2乗誤差を表わしている。当該グラフに、流速と2乗誤差との関係に関し、実測値401の例と、解析値411の例とを示してある。ここで、解析値411は、例えば、複数の実測値401に対してフィッティングの処理を行った結果として得られた特性(流速と2乗誤差との関係の特性)である。本例では、解析値411を求めるフィッティングにおいて、2次関数の解析値が用いられている。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the flow velocity and the square error (square error between the measured value of the temperature distribution and the analysis value of the temperature distribution).
In the graph shown in FIG. 9, the horizontal axis represents the flow velocity [m / s], and the vertical axis represents the square error. The graph shows an example of the measured
次に、図面を参照して、本実施形態による流速計測システム100の動作について説明する。
図10は、本実施形態による流速計測システム100の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、流速計測システム100の制御ユニット4において、所定の測定値(計測値)を入力する(ステップS101)。制御ユニット4の制御部50は、例えば、変換器41を介して、温度計測部3及び流速計5からの測定値を取得し、取得した測定値を記憶部42に記憶させる。この測定値は、例えば、配管10内の流体(例えば、蒸気等)の温度の測定値、及び当該流体の圧力の測定値である。
Next, the operation of the flow
FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the flow
First, in the
次に、制御ユニット4において、所定のパラメータを入力する(ステップS102)。制御ユニット4の制御部50は、例えば、入力装置60を介して、所定のパラメータを取得し、取得した所定のパラメータを記憶部42に記憶させる。このパラメータは、例えば、配管10の内径、肉厚、材質、熱伝導率、保温材12の厚さ等のパラメータである。ここで、本実施形態では、当該パラメータが入力装置60から入力されるが、他の構成例として、当該パラメータのうちの一部、又は全部が、予め記憶部42に記憶されていて使用されてもよい。
Next, in the
なお、ステップS101の処理と、ステップS102の処理とは、逆の順序で行われてもよい。また、ステップS101の処理、及びステップS102の処理の段階では、特定の流速を想定していない。 The process of step S101 and the process of step S102 may be performed in the reverse order. Further, at the stage of the process of step S101 and the process of step S102, a specific flow velocity is not assumed.
次に、制御ユニット4は、1点の流速を設定する(ステップS103)。すなわち、制御ユニット4の流速設定部52は、1点目の流速として、想定される流速の範囲のうちの中点(又は中点付近)の流速を設定する。流速設定部52は、一例として、想定される流速の範囲が2〜40[m/s]である場合、中点(又は中点付近)の流速は20[m/s]を1点目の流速として設定する。
Next, the
次に、制御ユニット4は、設定した流速で温度分布の解析値を算出する(ステップS104)。例えば、制御ユニット4の算出部51は、記憶部42が記憶するパラメータに基づいて、1点目の流速(例えば、20[m/s])における温度分布の解析値を、有限要素法お用いて算出する。なお、ここで、パラメータの1つである配管10の入力温度の値は、例えば、仮の温度値を用いる。
Next, the
次に、制御ユニット4は、ベースライン温度に基づいて、入力温度を調整する(ステップS105)。例えば、制御ユニット4の補正部53は、算出部51によって算出された温度分布の解析値におけるベースライン温度(解析基準レベル)と、温度分布の実測値におけるベースライン温度(実測基準レベル)とに基づいて、入力温度を調整する。なお、補正部53は、調整した配管10の入力温度をパラメータとして、温度分布の解析値を再度算出して、解析値のベースライン温度と実測値のベースライン温度とが一致するように、温度分布の解析値を補正してもよい。また、ベースライン温度に基づいて入力温度を調整する処理の詳細については、図11を参照して後述する。
Next, the
次に、制御ユニット4は、設定した流速で波形面積(温度分布波形の面積)の解析値を算出する(ステップS106)。すなわち、算出部51は、温度分布の解析値に基づいて、温度分布波形の面積を算出する。
Next, the
次に、制御ユニット4は、解析値の波形面積及び実測値の波形面積に基づいて、次の1点の流速を設定する(ステップS107)。流速設定部52は、例えば、解析値の波形面積が、実測値の波形面積より大きい場合に、さらに速い流速を設定する。この場合、流速設定部52は、例えば、20〜40[m/s]の中点(又は中点付近)の流速(例えば、30[m/s])を次の1点の流速として設定する。また、流速設定部52は、例えば、解析値の波形面積が、実測値の波形面積より小さい場合に、さらに遅い流速を設定する。この場合、流速設定部52は、例えば、2〜20[m/s]の中点(又は中点付近)の流速(例えば、10[m/s])を次の1点の流速として設定する。
Next, the
このように、流速設定部52は、想定された流速の範囲の中点の流速に対して算出部51により算出された温度分布の解析値から得られた解析値の特徴量と、計測された実測値の特徴量との大小関係に応じて、新たな点の流速を設定する。
In this way, the flow
次に、制御ユニット4は、設定した流速で温度分布の解析値を算出する(ステップS108)。算出部51は、ステップS105において調整された配管10の入力温度の値をパラメータに加えて、有限要素法を用いて、設定した流速で温度分布の解析値を算出する。
Next, the
次に、制御ユニット4は、流速の設定を終了するか否かを判定する(ステップS109)。制御ユニット4の流速設定部52は、流速の設定を終了するか否かを判定する。流速設定部52は、流速の設定を終了すると判定した場合(ステップS109:YES)に、処理をステップS110に進める。また、流速設定部52は、流速の設定を終了しないと判定した場合(ステップS109:NO)に、処理をステップS106に戻す。
ステップS106からステップS109の処理を繰り返すことで、制御ユニット4は、複数の流速の設定を設定する。
Next, the
By repeating the process from step S106 to step S109, the
ステップS110において、制御ユニット4は、設定した各流速に対して、温度分布の解析値と実測値との2乗誤差を算出する。制御ユニット4の流速決定部54は、設定した各流速に対して、例えば、ステップS105の配管10の入力温度の調整により補正された温度分布の解析値と、温度分布の実測値との2乗誤差を算出する。
In step S110, the
次に、制御ユニット4は、流速と2乗誤差との関係をフィッティングにより求める(ステップS111)。流速決定部54は、例えば、図9に示すように、2次関数を用いて、フィッティングして、流速と2乗誤差との関係(解析値)を算出する。
Next, the
次に、制御ユニット4は、フィッティングの結果(解析値)に基づいて、流速の候補を決定する(ステップS112)。流速決定部54は、例えば、図9に示すように、フィッティングの結果(解析値)において2乗誤差が最も小さくなる流速を、流速の候補として決定する。ここで、図9に示す例では、流速Q1が、2乗誤差が最小値の流速であり、流速決定部54は、流速Q1を流速の候補として決定する。
Next, the
次に、制御ユニット4は、流速の候補における2乗誤差が規定値以下であるか否かを判定する(ステップS113)。すなわち、流速決定部54は、決定した流速の候補において、有限要素法を用いて得られる温度分布の解析値(理論値)と、計測された温度分布の実測値とについて、両者の2乗誤差を算出する。そして、流速決定部54は、算出された2乗誤差が所定の規定値以下であるか否かを判定する。規定値としては、任意の値が用いられてもよく、例えば、予め設定されてもよい。流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値以下である場合(ステップS113:YES)に、処理をステップS114に進める。また、流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値以下でない場合(ステップS113:NO)に、処理をステップS115に進める。
Next, the
ステップS114において、制御ユニット4(流速決定部54)は、流速の候補を流速として正式に決定して、処理を終了する。
また、ステップS115において、制御ユニット4は、流速(3点以上の流速の組合せ)を変更して、温度分布の解析値を算出する。すなわち、流速決定部54は、算出部51に、ステップS105において調整された配管10の入力温度の値をパラメータに加えて、有限要素法を用いて、変更した流速で温度分布の解析値を算出させる。ステップS115の処理後に、流速決定部54は、処理をステップS110に戻して、ステップS110からステップS113の処理を繰り返す。
In step S114, the control unit 4 (flow velocity determination unit 54) formally determines the flow velocity candidate as the flow velocity, and ends the process.
Further, in step S115, the
ここで、流速(3点以上の流速の組み合わせ)を変更する方法としては、一例として、もとの3点以上の流速のうちの1点の流速を除いて、その代わりに候補とした1点の流速を加える方法が用いられてもよい。また、除く対象とする1点の流速としては、一例として、これら複数点の流速のうちで最も2乗誤差が大きい点の流速が用いられてもよい。
このように、制御ユニット4は、流速の候補に対する2乗誤差が所定の規定値以下になるまで、流速を調整する。
Here, as a method of changing the flow velocity (combination of flow velocities of 3 points or more), as an example, one point as a candidate instead of the flow velocity of one point out of the original flow velocities of three points or more. The method of adding the flow velocity of the above may be used. Further, as the flow velocity of one point to be excluded, as an example, the flow velocity of the point having the largest square error among the flow velocities of these plurality of points may be used.
In this way, the
なお、他の構成例として、図10に示される処理において新たな点の流速を設定するために使用された流速の一部(例えば、4点以上の流速を設定する場合には、1点目の流速など)が除かれて、図10に示されるステップS110の処理における3点以上の流速が設定されてもよい。例えば、図10に示されるステップS106からステップS109までの処理において4点以上のZ(Zは4以上の整数)点の流速が設定される場合には、(Z−3)以下の数の点の流速が除かれて、ステップS110の処理が行われてもよい。 As another configuration example, a part of the flow velocity used for setting the flow velocity of a new point in the process shown in FIG. 10 (for example, when setting a flow velocity of 4 points or more, the first point). The flow velocity of 3 points or more in the process of step S110 shown in FIG. 10 may be set by excluding the flow velocity of the above. For example, when the flow velocities of 4 or more Z (Z is an integer of 4 or more) points are set in the processes from step S106 to step S109 shown in FIG. 10, the number of points is (Z-3) or less. The flow rate of step S110 may be removed and the process of step S110 may be performed.
また、上述した図10に示すフローチャートにおいて、ステップS104、ステップS108、及びステップS115は、算出工程に対応し、ステップS106からステップS109は、流速設定工程に対応し、ステップS105、ステップS108、及びステップS115は、補正工程に対応する。また、ステップS110からステップS115は、流速決定工程に対応する。 Further, in the flowchart shown in FIG. 10 described above, step S104, step S108, and step S115 correspond to the calculation process, and steps S106 to S109 correspond to the flow velocity setting process, and step S105, step S108, and step. S115 corresponds to the correction step. Further, steps S110 to S115 correspond to the flow velocity determination step.
なお、算出工程において、制御ユニット4(算出部51)は、配管10の内部を流れる流体の1点以上の流速に対する温度分布の解析値を算出する。流速設定工程において、制御ユニット4(流速設定部52)は、温度分布の解析値から得られた温度分布の解析値の特徴量と、配管10に関して計測された温度分布の実測値の特徴量に基づいて、流速を設定する。補正工程において、制御ユニット4(補正部53)は、配管10に関して計測された温度分布の実測値に基づくベースライン温度に基づいて、算出工程により算出された温度分布の解析値を補正する。流速決定工程において、制御ユニット4(流速決定部54)は、流速設定工程により設定された流速に対する温度分布の解析値であって、補正工程により補正された温度分布の解析値に基づいて、流速を決定する。
また、上述の流速決定工程は、流速設定工程で使用された流速の一部、又は全部を用いるようにしてもよい。
In the calculation step, the control unit 4 (calculation unit 51) calculates the analysis value of the temperature distribution with respect to the flow velocity of one or more points of the fluid flowing inside the
Further, in the above-mentioned flow velocity determination step, a part or all of the flow velocity used in the flow velocity setting step may be used.
次に、図11を参照して、本実施形態によるベースライン温度に基づく入力温度の調整動作について説明する。
図11は、本実施形態によるベースライン温度に基づく入力温度の調整動作の一例を示すフローチャートである。ここで、図11に示す処理は、図10のステップS105の詳細な処理に対応する。
図11に示すように、まず、制御ユニット4の補正部53は、温度分布の実測値のベースライン温度を算出する(ステップS201)。補正部53は、例えば、上述した式(10)を用いて、温度分布の実測値を指数関数で近似させて、温度分布の実測値のベースライン温度を算出する。
Next, the operation of adjusting the input temperature based on the baseline temperature according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing an example of the input temperature adjusting operation based on the baseline temperature according to the present embodiment. Here, the process shown in FIG. 11 corresponds to the detailed process of step S105 in FIG.
As shown in FIG. 11, first, the
次に、補正部53は、設定した流速に対応する温度分布の解析値のベースライン温度を算出する(ステップS202)。補正部53は、例えば、上述した式(10)を用いて、温度分布の解析値を指数関数で近似させて、温度分布の解析値のベースライン温度を算出する。
Next, the
次に、補正部53は、解析値のベースライン温度と、実測値のベースライン温度とに基づいて、入力温度を変更する(ステップS203)。補正部53は、例えば、解析値のベースライン温度が、実測値のベースライン温度より大きい場合に、配管10の入力温度の値を減少方向に調整する。また、補正部53は、例えば、解析値のベースライン温度が、実測値のベースライン温度より小さい場合に、配管10の入力温度の値を増加方向に調整する。補正部53は、ステップS203の処理後に、入力温度の調整動作の処理を終了する。
Next, the
以上説明したように、本実施形態による流速の評価方法は、熱交換工程と、算出工程と、流速設定工程と、補正工程と、流速決定工程とを含んでいる。熱交換工程において、加熱部2が、配管10の表面10aの所定部分で熱交換を行う。算出工程において、算出部51が、配管10の内部を流れる流体の1点以上の流速に対する温度分布の解析値を算出する。流速設定工程において、流速設定部52が、温度分布の解析値から得られた温度分布の解析値の特徴量と、配管10に関して計測された温度分布の実測値の特徴量(例えば、温度分布波形の面積など)に基づいて、流速を設定する。補正工程において、補正部53が、配管10に関して計測された温度分布の実測値に基づく温度分布の基準レベルを示す実測基準レベル(実測値のベースライン温度)に基づいて、算出工程により算出された温度分布の解析値を補正する。流速決定工程において、流速決定部54が、流速設定工程により設定された流速に対する温度分布の解析値であって、補正工程により補正された温度分布の解析値に基づいて、流速を決定する。
As described above, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment includes a heat exchange step, a calculation step, a flow velocity setting step, a correction step, and a flow velocity determination step. In the heat exchange step, the
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、補正工程により実測基準レベル(実測値のベースライン温度)に基づいて、温度分布の解析値(理論値)を補正するため、高精度に流体の流速を評価することができる。すなわち、本実施形態による流速の評価方法は、例えば、配管10の内部を流れる流体の温度を配管10の外から計測するヒーター法において、高精度に流体の流速を評価することができる。
また、本実施形態による流速の評価方法は、流速の評価に要する時間を短縮化することができる。
As a result, in the flow velocity evaluation method according to the present embodiment, the analysis value (theoretical value) of the temperature distribution is corrected based on the actual measurement reference level (baseline temperature of the actual measurement value) by the correction step, so that the fluid is highly accurate. The flow velocity can be evaluated. That is, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can evaluate the flow velocity of the fluid with high accuracy, for example, in the heater method in which the temperature of the fluid flowing inside the
Further, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can shorten the time required for the flow velocity evaluation.
また、本実施形態では、補正工程において、補正部53は、温度分布の解析値に基づく温度分布の基準レベルを示す解析基準レベル(解析値のベースライン温度)と、実測基準レベル(実測値のベースライン温度)とに基づいて、温度分布の解析値を補正する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、ベースライン温度のずれを適切に補正することができる。
Further, in the present embodiment, in the correction step, the
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can appropriately correct the deviation of the baseline temperature.
また、本実施形態では、補正工程において、補正部53は、解析基準レベル(解析値のベースライン温度)と、実測基準レベル(実測値のベースライン温度)との大小関係に応じて、新たな点の流速を設定する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、簡易手法により、ベースライン温度のずれを適切に補正することができる。
Further, in the present embodiment, in the correction step, the
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can appropriately correct the deviation of the baseline temperature by a simple method.
また、本実施形態では、補正工程において、補正部53は、解析基準レベル(解析値のベースライン温度)と、実測基準レベル(実測値のベースライン温度)とに基づいて、所定部分から上流の基準レベルに対応する配管10の管軸方向の位置における配管10内の温度(入力温度)を調整して、温度分布の解析値を算出することにより、温度分布の解析値を補正する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、温度分布の解析値を再度算出して解析基準レベル(解析値のベースライン温度)と、実測基準レベル(実測値のベースライン温度)とが一致するように合わせ込むことができるため、ベースライン温度のずれを精度良く補正することができる。
Further, in the present embodiment, in the correction step, the
As a result, in the flow velocity evaluation method according to the present embodiment, the analysis value of the temperature distribution is recalculated and the analysis reference level (baseline temperature of the analysis value) and the measurement reference level (baseline temperature of the measurement value) match. Since it can be adjusted as it is, the deviation of the baseline temperature can be corrected with high accuracy.
また、本実施形態では、有限要素法を用いた最初の1回の温度分布の解析値(理論値)のベースライン温度と、実測値のベースライン温度とで入力温度のパラメータを調整し、2回目以降の温度分布の解析値(理論値)の算出の際に、調整された入力温度のパラメータとして使用する。そのため、本実施形態による流速の評価方法は、例えば、補正により有限要素法の実行回数が増加しないため、流速の評価に要する時間を増加させずに、高精度に流体の流速を評価することができる。 Further, in the present embodiment, the input temperature parameter is adjusted between the baseline temperature of the first analysis value (theoretical value) of the temperature distribution using the finite element method and the baseline temperature of the measured value, and 2 It is used as a parameter of the adjusted input temperature when calculating the analysis value (theoretical value) of the temperature distribution after the first time. Therefore, in the flow velocity evaluation method according to the present embodiment, for example, since the number of executions of the finite element method is not increased by the correction, the flow velocity of the fluid can be evaluated with high accuracy without increasing the time required for the evaluation of the flow velocity. it can.
また、本実施形態では、補正工程において、補正部53は、温度分布の実測値を指数関数で近似させて実測基準レベル(実測値のベースライン温度)を算出し、算出した実測基準レベルに解析基準レベル(解析値のベースライン温度)が一致するように、温度分布の解析値を補正する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、実測基準レベル(実測値のベースライン温度)の算出及び温度分布の解析値の補正を、簡易な手法により正確に行うことができる。
Further, in the present embodiment, in the correction step, the
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can accurately calculate the actual measurement reference level (baseline temperature of the actual measurement value) and correct the analysis value of the temperature distribution by a simple method.
また、本実施形態では、温度分布の特徴量は、半値幅、最高温度、又は、温度分布波形の面積のうちの1以上である。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、簡易な手法により適切に流速を設定することができる。
Further, in the present embodiment, the feature amount of the temperature distribution is one or more of the half width, the maximum temperature, or the area of the temperature distribution waveform.
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can appropriately set the flow velocity by a simple method.
また、本実施形態では、流速設定工程において、流速設定部52は、想定された流速の範囲の中点の流速に対して算出工程により算出された温度分布の解析値から得られた解析値の特徴量と、計測された実測値の特徴量との大小関係に応じて、新たな点の流速を設定する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、簡易な手法により、さらに適切に流速を設定することができる。
Further, in the present embodiment, in the flow velocity setting step, the flow
As a result, in the method for evaluating the flow velocity according to the present embodiment, the flow velocity can be set more appropriately by a simple method.
また、本実施形態では、流速設定工程において、流速設定部52が、3点以上の流速を設定し、流速決定工程において、流速決定部54が、流速設定工程により設定された3点以上の流速に対する、補正された温度分布の解析値に基づいて、流速を決定する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、流速の評価に要する時間を短縮化させつつ、適切に流速を決定することができる。
Further, in the present embodiment, the flow
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can appropriately determine the flow velocity while shortening the time required for the flow velocity evaluation.
また、本実施形態では、流速決定工程は、第1−1工程(ステップS110)と、第1−2工程(ステップS111)と、第1−3工程(ステップS112)と、第1−4工程(ステップS113)と、第1−5工程(ステップS114)と、第1−6工程(ステップS115)とを含んでいる。第1−1工程において、流速決定部54は、流速設定工程により設定された流速のそれぞれに対応する、補正された温度分布の解析値と(計測された)温度分布の実測値との2乗誤差を算出する。第1−2工程において、流速決定部54は、流速と2乗誤差との関係を(フィッティングにより)求める。第1−3工程において、流速決定部54は、流速と2乗誤差との関係に基づいて、流速の候補を決定する。第1−4工程において、流速決定部54は、決定された流速の候補において、2乗誤差が所定の規定値以下であるか否かを判定する。第1−5工程において、流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値以下であると判定した場合に、流速の候補を流速として正式に決定する。また、第1−6工程において、流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値を超えると判定した場合には、流速を変更して、再び第1−1工程へ移行する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、流速を決定するのに要する時間を、短縮化することができるとともに、配管10に関して計測された温度分布の実測値から適切に流速を決定することができる。
Further, in the present embodiment, the flow velocity determination steps include the first step (step S110), the first-two steps (step S111), the first-third step (step S112), and the first-fourth step. (Step S113), steps 1-5 (step S114), and steps 1-6 (step S115) are included. In the first step 1-1, the flow
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can shorten the time required to determine the flow velocity, and appropriately determine the flow velocity from the measured value of the temperature distribution measured for the
また、本実施形態による流速計測システム100(評価システム)は、加熱部2(熱交換器)と、算出部51と、流速設定部52と、補正部53と、流速決定部54とを備えている。加熱部2は、配管10の表面10aの所定部分で熱交換を行う。算出部51は、配管10の内部を流れる流体の1点以上の流速に対する温度分布の解析値を算出する。流速設定部52は、温度分布の解析値から得られた温度分布の解析値の特徴量と、配管10に関して計測された温度分布の実測値の特徴量に基づいて、流速を設定する。補正部53は、配管10に関して計測された温度分布の実測値に基づく温度分布の基準レベルを示す実測基準レベルに基づいて、算出部51により算出された温度分布の解析値を補正する。流速決定部54は、流速設定部52により設定された流速に対する温度分布の解析値であって、補正部53により補正された温度分布の解析値に基づいて、流速を決定する。
これにより、本実施形態による流速計測システム100は、上述した流速の評価方法と同様に、高精度に流体の流速を評価することができる。また、本実施形態による流速計測システム100は、流速の評価に要する時間を短縮化することができる。
Further, the flow velocity measurement system 100 (evaluation system) according to the present embodiment includes a heating unit 2 (heat exchanger), a
As a result, the flow
[第2の実施形態]
次に、図面を参照して、第2の実施形態による流速の評価方法、及び評価システム(流速計測システム100)について説明する。
本実施形態による流速計測システム100の構成は、基本的に、上述した第1の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
また、本実施形態による流速計測システム100の動作は、基本的に、図10に示される第1の実施形態と同様であるが、本実施形態では、ベースライン温度に基づく入力温度の調整する処理が、第1の実施形態と異なる。
以下、図12を参照して、ベースライン温度に基づく入力温度の調整する処理について説明する。
[Second Embodiment]
Next, the flow velocity evaluation method according to the second embodiment and the evaluation system (flow velocity measurement system 100) will be described with reference to the drawings.
Since the configuration of the flow
Further, the operation of the flow
Hereinafter, the process of adjusting the input temperature based on the baseline temperature will be described with reference to FIG.
図12は、本実施形態によるベースライン温度に基づく入力温度の調整動作の一例を示すフローチャートである。ここで、図12に示す処理は、図10のステップS105の詳細な処理の別の一例を示している。
図12に示すように、まず、制御ユニット4の補正部53は、温度分布の実測値のベースライン温度を算出する(ステップS301)。補正部53は、例えば、上述した式(10)を用いて、温度分布の実測値を指数関数で近似させて、温度分布の実測値のベースライン温度(式(10)のC)を算出する。なお、ここでのベースライン温度は、例えば、加熱部2から十分に離れた上流の配管10の表面10aの温度である。
FIG. 12 is a flowchart showing an example of the input temperature adjusting operation based on the baseline temperature according to the present embodiment. Here, the process shown in FIG. 12 shows another example of the detailed process of step S105 in FIG.
As shown in FIG. 12, first, the
次に、補正部53は、実測値のベースライン温度から有限要素法を用いて配管10内の入力温度を算出する(ステップS302)。ここで、座標(i,j)に位置するセルにおける配管10の半径方向の熱バランスは、式(11)のように表される。
Next, the
Qi,j−1+Qi,j+1=0 ・・・ (11) Q i, j-1 + Q i, j + 1 = 0 ... (11)
ここで、座標(i,j)に位置するセルに半径方向に隣接するセルの座標を、(i,j−1)、(i,j+1)とする。また、Qi,j−1、Qi,j+1は、それぞれ、添え字で示す座標に位置するセルからの入熱量を示す。 Here, let the coordinates of the cell adjacent to the cell located at the coordinate (i, j) in the radial direction be (i, j-1) and (i, j + 1). Further, Q i, j-1 , and Q i, j + 1 , respectively, indicate the amount of heat input from the cell located at the coordinates indicated by the subscripts.
また、対流熱伝達:配管10のセルのうち最内側のセルへの流体(配管10内の流体)からの入熱量は、上述した式(2)と同様の式(12)のように示される。
Further, convective heat transfer: The amount of heat input from the fluid (fluid in the pipe 10) to the innermost cell of the cells of the
対流熱伝達による入熱量Q=α・A・Δt ・・・ (12) Amount of heat input by convective heat transfer Q = α ・ A ・ Δt ・ ・ ・ (12)
ここで、α[W/(m2・K)]、A[m2]、Δt[K]は、上述した式(2)と同様である。 Here, α [W / (m 2 · K)], A [m 2 ], and Δt [K] are the same as those in the above formula (2).
また、半径方向熱伝導:配管10内における配管10の半径方向の熱伝導による入熱量は、上述した式(3)と同様に、式(13)のように示される。
Radial heat conduction: The amount of heat input due to the radial heat conduction of the
半径方向熱伝導による入熱量Q=2π・λ・L・Δt/ln(ro/ri)
・・・ (13)
Amount of heat input due to radial heat conduction Q = 2π ・ λ ・ L ・ Δt / ln (ro / ri)
... (13)
ここで、π、λ[W/(m・K)]、L[m]、Δt[K]、ln、ro/ri[m]は、上述した式(3)と同様である。 Here, π, λ [W / (m · K)], L [m], Δt [K], ln, ro / ri [m] are the same as in the above equation (3).
補正部53は、上記の式(11)〜式(13)の3つの式からΔtを算出し、上流の管外壁面温度(ベースライン温度)をΔtにより補正して入力温度を算出する。ここで、Δtは、セル毎における外側と内側の温度差である。補正部53は、例えば、配管10の鋼材でセルが5つ設定されていたとすると、算出したベースライン温度にΔtを5つ分加算して(内側の温度が高いので)、配管10内の壁面温度を算出し、次に配管10内の流体の温度を算出する。補正部53は、上記の式(11)〜式(13)の3つの式を連立方程式とし、例えば、行列を用いて当該連立方程式を解くことにより、Δtを求める。補正部53は、Δtに基づいて、配管10内の流体の温度(入力温度)を算出(推定)する。
The
次に、補正部53は、算出した配管10内の入力温度に変更する(ステップS303)。すなわち、補正部53は、算出した配管10内の入力温度をパラメータとして設定する(記憶部42に記憶させる)。ステップS303の処理後に、補正部53は、ベースライン温度に基づく入力温度の調整動作を終了する。
Next, the
以上説明したように、本実施形態による流速の評価方法では、補正工程において、補正部53が、温度分布の実測値を指数関数で近似させてベースライン温度(実測基準レベル)を算出する。補正部53は、算出したベースライン温度に基づいて、所定部分から上流の基準レベルに対応する配管10の管軸方向の位置における配管10内の温度(入力温度)を推定し、推定した配管10内の温度に基づいて温度分布の解析値を算出することにより、温度分布の解析値を補正する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、ベースライン温度のずれを適切に補正することができる。また、本実施形態による流速計測システム100は、流速の評価方法と同様に、ベースライン温度のずれを適切に補正することができる。
As described above, in the flow velocity evaluation method according to the present embodiment, in the correction step, the
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can appropriately correct the deviation of the baseline temperature. Further, the flow
[第3の実施形態]
次に、図面を参照して、第3の実施形態による流速の評価方法、及び評価システム(流速計測システム100)について説明する。
本実施形態による流速計測システム100の構成は、基本的に、上述した第1の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
なお、上述した第1及び第2の実施形態では、流速の設定の際に、ベースライン温度に基づいて温度分布の解析値を補正する場合の例を説明したが、本実施形態では、流速の設定した後に、ベースライン温度に基づいて温度分布の解析値を補正する場合の一例について説明する。
[Third Embodiment]
Next, the flow velocity evaluation method and the evaluation system (flow velocity measurement system 100) according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
Since the configuration of the flow
In the first and second embodiments described above, an example of correcting the analysis value of the temperature distribution based on the baseline temperature when setting the flow velocity has been described, but in the present embodiment, the flow velocity An example will be described in which the analysis value of the temperature distribution is corrected based on the baseline temperature after the setting.
図13は、本実施形態による流速計測システム100の動作の一例を示すフローチャートである。
図13において、ステップS401からステップS404までの処理は、図10に示すステップS101からステップS104までの処理と同様であるので、ここではその説明を省略する。
FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation of the flow
In FIG. 13, the processes from step S401 to step S404 are the same as the processes from step S101 to step S104 shown in FIG. 10, and thus the description thereof will be omitted here.
また、ステップS405からステップS408までの処理は、図10に示すステップS106からステップS109までの処理と同様であるので、ここではその説明を省略する。なお、ステップS407において、算出部51は、調整される前の配管10の入力温度の値を仮のパラメータとして、有限要素法を用いて、設定した流速で温度分布の解析値を算出する。
また、ステップS408において、流速設定部52は、流速の設定を終了すると判定した場合(ステップS408:YES)に、処理をステップS409に進める。また、流速設定部52は、流速の設定を終了しないと判定した場合(ステップS408:NO)に、処理をステップS405に戻す。
Further, since the processing from step S405 to step S408 is the same as the processing from step S106 to step S109 shown in FIG. 10, the description thereof will be omitted here. In step S407, the
Further, in step S408, when the flow
ステップS409において、制御ユニット4の補正部53は、ベースライン温度に基づいて、設定した各流速に対する温度分布の解析値を補正する。補正部53は、例えば、温度分布の実測値を指数関数で近似させて実測値のベースライン温度を算出し、各流速に対する温度分布の解析値を指数関数で近似させて、各流速に対する解析値のベースライン温度を算出する。そして、補正部53は、実測値のベースライン温度と、解析値のベースライン温度とに基づいて、各流速に対する温度分布の解析値を補正する。
具体的に、各流速に対して、補正部53は、実測値のベースライン温度と解析値のベースライン温度との差分を算出し、例えば、当該差分をオフセット値として、実測値のベースライン温度と解析値のベースライン温度とが一致するように、温度分布の解析値を補正する。
In step S409, the
Specifically, for each flow velocity, the
次のステップS410からステップS415までの処理は、図10に示すステップS110からステップS115までの処理と同様であるので、ここではその説明を省略する。なお、ステップS415において、算出部51は、調整される前の配管10の入力温度の値を仮のパラメータとして、有限要素法を用いて、設定した流速で温度分布の解析値を算出し、処理をステップS409に進める。
The next processing from step S410 to step S415 is the same as the processing from step S110 to step S115 shown in FIG. 10, and thus the description thereof will be omitted here. In step S415, the
なお、上述した図13に示すフローチャートにおいて、ステップS404、ステップS407、及びステップS415は、算出工程に対応し、ステップS405からステップS408は、流速設定工程に対応し、ステップS409は、補正工程に対応する。また、ステップS410からステップS415は、流速決定工程に対応する。 In the flowchart shown in FIG. 13 described above, step S404, step S407, and step S415 correspond to the calculation process, steps S405 to S408 correspond to the flow velocity setting process, and step S409 corresponds to the correction process. To do. Further, steps S410 to S415 correspond to the flow velocity determination step.
以上説明したように、本実施形態による流速の評価方法では、補正工程において、補正部53が、解析値のベースライン温度(解析基準レベル)と、実測値のベースライン温度(実測基準レベル)とに基づいて、温度分布の解析値を補正する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、ベースライン温度のずれを適切に補正することができる。また、本実施形態による流速計測システム100は、流速の評価方法と同様に、ベースライン温度のずれを適切に補正することができる。
As described above, in the flow velocity evaluation method according to the present embodiment, in the correction step, the
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can appropriately correct the deviation of the baseline temperature. Further, the flow
また、本実施形態では、補正工程において、補正部53が、実測値のベースライン温度と解析値のベースライン温度との差分を算出し、当該差分をオフセット値として、実測値のベースライン温度と解析値のベースライン温度とが一致するように、温度分布の解析値を補正する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、オフセット値を補正するという簡易な手法により、温度分布の解析値を適切に補正することができる。また、本実施形態による流速の評価方法は、例えば、補正のために有限要素法の再実行を必要としないため、流速の評価に要する時間を増加させずに、高精度に流体の流速を評価することができる。
Further, in the present embodiment, in the correction step, the
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can appropriately correct the analysis value of the temperature distribution by a simple method of correcting the offset value. Further, since the flow velocity evaluation method according to the present embodiment does not require re-execution of the finite element method for correction, for example, the flow velocity of the fluid is evaluated with high accuracy without increasing the time required for the evaluation of the flow velocity. can do.
[第4の実施形態]
次に、図面を参照して、第4の実施形態による流速の評価方法、及び評価システム(流速計測システム100)について説明する。
本実施形態による流速計測システム100の構成は、基本的に、上述した第1の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
なお、本実施形態では、流速決定工程が、上述した第1〜第3の実施形態と異なる場合の一例である。本実施形態では、第1の実施形態に対して、他の流速決定工程を実施する例を説明しるが、第2、及び第3の実施形態に対して本実施形態の流速決定工程を実施するようにしてもよい。
[Fourth Embodiment]
Next, the flow velocity evaluation method and the evaluation system (flow velocity measurement system 100) according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
Since the configuration of the flow
In this embodiment, the flow velocity determination step is different from the above-described first to third embodiments. In this embodiment, an example in which another flow velocity determination step is carried out with respect to the first embodiment will be described, but the flow velocity determination step of the present embodiment is carried out with respect to the second and third embodiments. You may try to do it.
図14は、本実施形態による流速計測システム100の動作の一例を示すフローチャートである。
図14において、ステップS501からステップS509までの処理は、図10に示すステップS101からステップS109までの処理と同様であるので、ここではその説明を省略する。
FIG. 14 is a flowchart showing an example of the operation of the flow
In FIG. 14, the processes from step S501 to step S509 are the same as the processes from step S101 to step S109 shown in FIG. 10, and thus the description thereof will be omitted here.
ステップS510において、制御ユニット4は、設定した各流速と、波形面積の解析値との関係の解析値(理論値)を算出する。すなわち、制御ユニット4の流速決定部54は、設定した3点以上のうちの各流速において、流速と温度分布の波形面積(解析値)との関係をフィッティングにより算出する。ここで、フィッティングには、例えば、2次関数が用いられる。
In step S510, the
次に、制御ユニット4は、流速の候補を決定する(ステップS511)。流速決定部54は、例えば、流速と温度分布の波形面積との関係のフィッティングの結果(解析値)と、計測された温度分布の実測値の波形面積とに基づいて、フィッティングの結果において実測値の波形面積に対応する流速を求めて、当該流速を流速の候補として決定する。
Next, the
次に、制御ユニット4は、流速の候補に対して、温度分布の解析値と実測値との2乗誤差を算出する(ステップS512)。流速決定部54は、流速の候補に対して、例えば、ステップS505の配管10の入力温度の調整により補正された温度分布の解析値と、温度分布の実測値との2乗誤差を算出する。
Next, the
次に、制御ユニット4(流速決定部54)は、流速の候補における2乗誤差が規定値以下であるか否かを判定する(ステップS513)。なお、規定値としては、任意の値が用いられてもよく、例えば、予め設定されてもよい。流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値以下である場合(ステップS513:YES)に、処理をステップS514に進める。また、流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値以下でない場合(ステップS513:NO)に、処理をステップS515に進める。
Next, the control unit 4 (flow velocity determination unit 54) determines whether or not the square error in the flow velocity candidate is equal to or less than the specified value (step S513). As the specified value, any value may be used, and for example, it may be set in advance. When the square error is equal to or less than a predetermined specified value (step S513: YES), the flow
ステップS514において、制御ユニット4(流速決定部54)は、流速の候補を流速として正式に決定して、処理を終了する。
また、ステップS515において、制御ユニット4は、流速(3点以上の流速の組合せ)を変更して、温度分布の解析値を算出する。すなわち、流速決定部54は、算出部51に、ステップS505において調整された配管10の入力温度の値をパラメータに加えて、有限要素法を用いて、変更した流速で温度分布の解析値を算出させる。そして、ステップS515の処理後に、流速決定部54は、処理をステップS510に戻して、ステップS510からステップS513の処理を繰り返す。
In step S514, the control unit 4 (flow velocity determination unit 54) formally determines the flow velocity candidate as the flow velocity, and ends the process.
Further, in step S515, the
なお、上述した図14に示すフローチャートにおいて、ステップS504、ステップS508、及びステップS515は、算出工程に対応し、ステップS506からステップS509は、流速設定工程に対応し、ステップS505、ステップS508、及びステップS515は、補正工程に対応する。また、ステップS510からステップS515は、流速決定工程に対応する。 In the flowchart shown in FIG. 14 described above, step S504, step S508, and step S515 correspond to the calculation process, and steps S506 to S509 correspond to the flow velocity setting process, and step S505, step S508, and step. S515 corresponds to the correction step. Further, steps S510 to S515 correspond to the flow velocity determination step.
以上説明したように、本実施形態による流速の評価方法では、流速決定工程は、第2−1工程(ステップS510)と、第2−2工程(ステップS511)と、第2−3工程(ステップS512及びステップS513)と、第2−4工程(ステップS514)と、第2−5工程(ステップS515)とを含んでいる。第2−1工程において、流速決定部54は、流速設定工程により設定された流速のそれぞれにおいて、流速と有限要素法を用いて得られた)温度分布の特徴量との関係の解析値を算出する。第2−2工程において、流速決定部54は、算出された解析値と、計測された実測値の特徴量とに基づいて、流速の候補を決定する。第2−3工程において、流速決定部54は、決定された流速の候補において、補正された温度分布の解析値と(計測された)温度分布の実測値との2乗誤差が所定の規定値以下であるか否かを判定する。第2−4工程において、流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値以下であると判定した場合に、流速の候補を流速として正式に決定する。また、第2−5工程において、流速決定部54は、2乗誤差が所定の規定値を超えると判定した場合には、流速を変更して、再び第2−1工程へ移行する。
これにより、本実施形態による流速の評価方法は、流速を決定するのに要する時間を、短縮化することができるとともに、配管10に関して計測された温度分布の実測値から適切に流速を決定することができる。
As described above, in the flow velocity evaluation method according to the present embodiment, the flow velocity determination steps are the 2-1 step (step S510), the 2-2 step (step S511), and the 2-3 step (step). It includes S512 and step S513), steps 2-4 (step S514), and steps 2-5 (step S515). In the second step, the flow
As a result, the flow velocity evaluation method according to the present embodiment can shorten the time required to determine the flow velocity, and appropriately determine the flow velocity from the measured value of the temperature distribution measured with respect to the
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、流速決定部54は、2乗誤差を用いて流速を決定する例を説明したが、これに限定されるものではなく、他の誤差が用いられてもよい。
The present invention is not limited to each of the above embodiments, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, the flow
また、上記の各実施形態において、配管10内を流れる流体は、蒸気又は空気である場例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、配管10内を流れる熱水の流速を計測する場合にも、上記の各実施形態に係る構成を適用することが可能である。また、配管10内を流れる流体がフロン、アンモニア、LNG(Liquefied Natural Gas)等であってもよく、これらの流体の流速を計測する場合にも本実施形態に係る構成を適用することが可能である。
Further, in each of the above embodiments, the case where the fluid flowing in the
また、上記の各実施形態において、配管10と熱交換を行う熱交換器として加熱部2を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、熱交換器としては、配管10の表面10aを冷却する冷却器を用いてもよく、冷却することで配管10の管軸方向に生じた温度分布に基づいて配管10内を流れる蒸気の流速を計測しても良い。この場合において、蒸気が飽和蒸気或いはそれに近い過熱蒸気の時は、凝縮が生じる可能性が有ることから熱伝達率算出の際はそれを考慮する必要がある。
Further, in each of the above embodiments, the
また、流速計測システム100(図1)において、プレヒーター2bは必須の構成ではない。流速計測システム100の構成を、プレヒーター2bを備えていない構成としてもよい。
Further, in the flow velocity measurement system 100 (FIG. 1), the
なお、上記の各実施形態において、以下のような構成が用いられてもよい。
一構成例として、配管の内部を流れる流体の流速と前記配管の表面の温度分布との関係を示す関係情報を求める関係情報設定方法であって、前記配管の表面の所定部分で熱交換を行う熱交換工程と、前記配管を流れる流体のうち、前記配管の表面の所定部分で行われる熱交換による熱の伝達に寄与する流体の量的割合を示す温度境界係数の値を取得する温度境界係数値取得工程と、前記温度境界係数値取得工程で取得した温度境界係数の値に基づいて前記関係情報を求める関係情報設定工程と、を含む関係情報設定方法が用いられてもよい。
一構成例として、関係情報設定方法において、前記温度境界係数値取得工程では、前記流体の流速ごとに前記温度境界係数の値を取得する、構成が用いられてもよい。
一構成例として、関係情報設定方法において、前記所定部分で熱交換が行われた前記配管の管軸方向における前記配管の表面の温度分布を計測する温度計測工程と、前記流体の流速を計測する流速計測工程と、を含み、前記温度境界係数値取得工程では、前記温度計測工程で計測した前記温度分布、及び、前記流速計測工程で計測した流速に基づいて前記温度境界係数の値を設定する、構成が用いられてもよい。
一構成例として、配管の内部を流れる流体の流速が計測対象の流速となっている状態で、前記配管の表面の所定部分で熱交換を行う流速計測時熱交換工程と、前記流速計測時熱交換工程にて前記所定部分で熱交換が行われた前記配管の管軸方向における前記表面の温度分布を計測する流速計測時温度分布計測工程と、前記流速計測時温度分布計測工程で計測した前記温度分布、及び、関係情報設定方法にて得られた関係情報に基づいて、前記配管の内部を流れる前記流体の流速を求める流速取得工程と、を含む流速計測方法が用いられてもよい。
In each of the above embodiments, the following configurations may be used.
As a configuration example, it is a relational information setting method for obtaining relational information indicating a relation between a flow velocity of a fluid flowing inside a pipe and a temperature distribution on the surface of the pipe, and heat exchange is performed at a predetermined portion of the surface of the pipe. A temperature boundary clerk that acquires a value of a temperature boundary coefficient indicating a quantitative ratio of a fluid that contributes to heat transfer by heat exchange performed in a predetermined portion of the surface of the pipe in the heat exchange step and the fluid flowing through the pipe. A relation information setting method including a numerical value acquisition step and a relation information setting step of obtaining the relation information based on the value of the temperature boundary coefficient acquired in the temperature boundary coefficient value acquisition step may be used.
As an example of the configuration, in the relationship information setting method, in the temperature boundary coefficient value acquisition step, a configuration in which the value of the temperature boundary coefficient is acquired for each flow velocity of the fluid may be used.
As a configuration example, in the relationship information setting method, a temperature measurement step of measuring the temperature distribution on the surface of the pipe in the pipe axis direction of the pipe in which heat exchange is performed in the predetermined portion, and a flow velocity of the fluid are measured. In the temperature boundary coefficient value acquisition step including the flow velocity measurement step, the value of the temperature boundary coefficient is set based on the temperature distribution measured in the temperature measurement step and the flow velocity measured in the flow velocity measurement step. , Configuration may be used.
As a configuration example, a flow velocity measurement heat exchange step in which heat is exchanged at a predetermined portion of the surface of the pipe in a state where the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe is the flow velocity to be measured, and the flow velocity measurement heat. The temperature distribution measurement step at the time of flow velocity measurement for measuring the temperature distribution of the surface in the pipe axis direction of the pipe in which heat exchange was performed at the predetermined portion in the exchange step, and the temperature distribution measurement step at the time of flow velocity measurement. A flow velocity measuring method including a flow velocity acquisition step of obtaining a flow velocity of the fluid flowing inside the pipe based on the temperature distribution and the relational information obtained by the relational information setting method may be used.
一構成例として、配管の内部を流れる流体の流速と前記配管の表面の温度分布との関係を示す関係情報を求める関係情報設定システムであって、前記配管の表面の所定部分で熱交換を行う熱交換器と、前記配管を流れる流体のうち、前記配管の表面の所定部分で行われる熱交換による熱の伝達に寄与する流体の量的割合を示す温度境界係数の値を取得する温度境界係数値取得部と、前記温度境界係数値取得部が取得した温度境界係数の値に基づいて前記関係情報を求める関係情報設定部と、を備える関係情報設定システムが用いられてもよい。
一構成例として、関係情報設定システムにおいて、前記温度境界係数値取得部は、前記流体の流速ごとに前記温度境界係数の値を取得する、構成が用いられてもよい。
一構成例として、関係情報設定システムにおいて、前記所定部分で熱交換が行われた前記配管の管軸方向における前記配管の表面の温度分布を計測する温度計測部と、前記流体の流速を計測する流速計測部と、を備え、前記温度境界係数値取得部は、前記温度計測部が計測した前記温度分布、及び、前記流速計測部が計測した流速に基づいて前記温度境界係数の値を設定する、構成が用いられてもよい。
一構成例として、関係情報設定システムの前記関係情報設定部が設定した関係情報を記憶する記憶部と、配管の内部を流れる流体の流速が計測対象の流速となっている状態で、前記配管の表面の所定部分で熱交換を行う熱交換器と、前記所定部分で熱交換が行われた前記配管の管軸方向における前記配管の表面の温度分布を計測する温度計測部と、前記温度計測部が計測した温度分布、及び、前記記憶部が記憶している関係情報に基づいて、前記流体の流速を算出する流速算出部と、を備える流速計測システムが用いられてもよい。
As a configuration example, a relationship information setting system that obtains relationship information indicating the relationship between the flow velocity of a fluid flowing inside a pipe and the temperature distribution on the surface of the pipe, and heat exchange is performed at a predetermined portion of the surface of the pipe. A temperature boundary clerk that acquires a value of a temperature boundary coefficient indicating a quantitative ratio of a heat exchanger and a fluid that contributes to heat transfer by heat exchange performed on a predetermined portion of the surface of the pipe among the fluids flowing through the pipe. A relationship information setting system including a numerical value acquisition unit and a relationship information setting unit that obtains the relationship information based on the value of the temperature boundary coefficient acquired by the temperature boundary coefficient value acquisition unit may be used.
As a configuration example, in the relational information setting system, the configuration in which the temperature boundary coefficient value acquisition unit acquires the value of the temperature boundary coefficient for each flow velocity of the fluid may be used.
As a configuration example, in the relationship information setting system, a temperature measuring unit that measures the temperature distribution on the surface of the pipe in the pipe axis direction of the pipe that has undergone heat exchange at the predetermined portion, and a flow velocity of the fluid are measured. A flow velocity measuring unit is provided, and the temperature boundary coefficient value acquisition unit sets a value of the temperature boundary coefficient based on the temperature distribution measured by the temperature measuring unit and the flow velocity measured by the flow velocity measuring unit. , Configuration may be used.
As a configuration example, a storage unit that stores the relationship information set by the relationship information setting unit of the relationship information setting system and a state in which the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe is the flow velocity of the measurement target, the pipe A heat exchanger that exchanges heat at a predetermined portion of the surface, a temperature measuring unit that measures the temperature distribution on the surface of the pipe in the pipe axial direction of the pipe that has undergone heat exchange at the predetermined portion, and the temperature measuring unit. A flow velocity measurement system including a flow velocity calculation unit that calculates the flow velocity of the fluid based on the temperature distribution measured by the storage unit and the relational information stored in the storage unit may be used.
なお、以上に示した実施形態に係る装置(例えば、計算装置40)の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、処理を行ってもよい。すなわち、上述した計算装置40が備える各構成は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した計算装置40が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した計算装置40が備える各構成における処理を行ってもよい。
A program for realizing the functions of the device (for example, the calculation device 40) according to the above-described embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is stored in the computer system. Processing may be performed by reading and executing. That is, each configuration included in the above-mentioned
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、オペレーティング・システム(OS:Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、DVD(Digital Versatile Disk)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
The "computer system" referred to here may include hardware such as an operating system (OS: Operating System) and peripheral devices.
The "computer-readable recording medium" includes flexible disks, optomagnetic disks, ROMs (Read Only Memory), writable non-volatile memories such as flash memories, and portable media such as DVDs (Digital Versatile Disks). A storage device such as a hard disk built into a computer system.
Further, the "computer-readable recording medium" is a volatile memory (for example, DRAM) inside a computer system that serves as a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. (Dynamic Random Access Memory)), which includes programs that are held for a certain period of time.
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Further, the above program may be transmitted from a computer system in which this program is stored in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the "transmission medium" for transmitting a program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions. Further, the above program may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.
2…加熱部、2b…プレヒーター、3…温度計測部、3a…温度センサー、3A…温度センサー群、4…制御ユニット、5…流速計、10…配管、10a…表面、11…設置部分、12…保温材、20…蒸気製造装置、30…負荷設備、40…計算装置、41…変換器、42…記憶部、50…制御部、51…算出部、52…流速設定部、53…補正部、54…流速決定部、60…入力装置、70…表示装置、100…流速計測システム 2 ... heating unit, 2b ... preheater, 3 ... temperature measuring unit, 3a ... temperature sensor, 3A ... temperature sensor group, 4 ... control unit, 5 ... flow velocity meter, 10 ... piping, 10a ... surface, 11 ... installation part, 12 ... Heat insulating material, 20 ... Steam production device, 30 ... Load equipment, 40 ... Calculation device, 41 ... Converter, 42 ... Storage unit, 50 ... Control unit, 51 ... Calculation unit, 52 ... Flow velocity setting unit, 53 ... Correction Unit, 54 ... Flow velocity determination unit, 60 ... Input device, 70 ... Display device, 100 ... Flow velocity measurement system
Claims (10)
前記熱交換を行った状態の前記配管の内部を流れる流体の複数の流速に対する管軸方向の温度分布の解析値を算出する算出工程と、
前記温度分布の解析値から得られた温度分布の解析値の特徴量と、前記熱交換を行った状態の前記配管に関して計測された前記管軸方向の温度分布の実測値の特徴量との特徴量の大小関係を比較して、前記実測値の特徴量に応じた複数の流速を設定する流速設定工程と、
前記配管に関して計測された温度分布の実測値に基づく温度分布の基準レベルを示す実測基準レベルと、前記温度分布の解析値から得られた温度分布の基準レベルを示す解析基準レベルとが一致するように、前記算出工程により算出された前記温度分布の解析値を補正する補正工程と、
前記流速設定工程により設定された前記複数の流速のそれぞれに対する前記温度分布の解析値であって、前記補正工程により補正された前記温度分布の解析値と、計測された前記温度分布の実測値との誤差が最も小さくなる流速を、前記配管の内部を流れる流体の流速として決定する流速決定工程と
を含むことを特徴とする流速の評価方法。 A heat exchange process that exchanges heat at a predetermined part of the surface of the pipe,
A calculation step of calculating an analysis value of a temperature distribution in the pipe axis direction with respect to a plurality of flow velocities of a fluid flowing inside the pipe in a state of heat exchange, and a calculation step.
Wherein the feature quantity of the temperature and characteristics of the analysis of the temperature distribution obtained from the analysis value of the distribution, found in the temperature distribution of the tube axis direction which are measured with respect to the pipe in the state of performing the heat exchange A flow velocity setting step of comparing the magnitude relations of the amounts and setting a plurality of flow paths according to the feature amount of the measured value, and
Make sure that the actual measurement reference level, which indicates the reference level of the temperature distribution based on the actual measurement value of the temperature distribution measured for the piping, and the analysis reference level, which indicates the reference level of the temperature distribution obtained from the analysis value of the temperature distribution, match. In addition, a correction step for correcting the analysis value of the temperature distribution calculated by the calculation step, and
The analysis value of the temperature distribution for each of the plurality of flow velocities set by the flow velocity setting step, the analysis value of the temperature distribution corrected by the correction step, and the measured measured value of the temperature distribution. A method for evaluating a flow velocity, which comprises a flow velocity determination step of determining the flow velocity at which the error is minimized as the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe.
ことを特徴とする請求項1に記載の流速の評価方法。 In the correction step, the temperature in the pipe at the position in the pipe axis direction of the pipe corresponding to the reference level upstream from the predetermined portion is adjusted based on the analysis reference level and the actual measurement reference level. , by calculating the analysis value of the temperature distribution, the evaluation method of the flow rate according to claim 1, characterized in that to correct the analysis value of the temperature distribution.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の流速の評価方法。 In the correction step, the actual measurement reference level is calculated by approximating the actual measurement value of the temperature distribution with an exponential function, and the analysis value of the temperature distribution is set so that the analysis reference level matches the calculated measurement reference level. The method for evaluating a flow velocity according to claim 1 or 2 , wherein the correction is performed.
ことを特徴とする請求項1に記載の流速の評価方法。 In the correction step, the measured value of the temperature distribution is approximated by an exponential function to calculate the measured reference level, and based on the calculated measured reference level, the pipe corresponding to the reference level upstream from the predetermined portion. It is characterized in that the analysis value of the temperature distribution is corrected by estimating the temperature in the pipe at the position in the pipe axis direction and calculating the analysis value of the temperature distribution based on the estimated temperature in the pipe. The method for evaluating a flow velocity according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の流速の評価方法。 The flow velocity evaluation method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the feature amount is one or more of the full width at half maximum, the maximum temperature, or the area of the temperature distribution waveform.
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の流速の評価方法。 In the flow velocity setting step, the characteristic amount of the analysis value obtained from the analysis value of the temperature distribution calculated by the calculation step with respect to the flow velocity at the midpoint in the assumed flow velocity range, and the measured measurement. The method for evaluating a flow velocity according to any one of claims 1 to 5 , wherein the flow velocity at a new point is set according to the magnitude relationship between the value and the feature amount.
前記流速決定工程において、前記流速設定工程により設定された前記3点以上の流速に対する、補正された前記温度分布の解析値に基づいて、流速を決定する、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の流速の評価方法。 In the flow velocity setting step, a flow velocity of 3 points or more is set.
In the flow velocity determination step, the flow velocity is determined based on the corrected analysis value of the temperature distribution for the three or more points of the flow velocity set by the flow velocity setting step.
The method for evaluating a flow velocity according to any one of claims 1 to 6, wherein the flow velocity is evaluated.
前記流速設定工程により設定された流速のそれぞれに対応する、補正された前記温度分布の解析値と前記温度分布の実測値との2乗誤差を算出する第1−1工程と、
前記流速と前記2乗誤差との関係を求める第1−2工程と、
前記流速と前記2乗誤差との関係に基づいて、前記2乗誤差が最も小さくなる流速を、流速の候補として決定する第1−3工程と、
決定された流速の候補において、前記2乗誤差が所定の規定値以下であるか否かを判定する第1−4工程と、
前記2乗誤差が前記所定の規定値以下であると判定した場合に、前記流速の候補を前記誤差が最も小さくなる流速として正式に決定する第1−5工程と、
前記2乗誤差が前記所定の規定値を超えると判定した場合には、流速を変更して、再び前記第1−1工程へ移行する第1−6工程と
を含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の流速の評価方法
。 The flow velocity determination step is
The 1-1 step of calculating the squared error between the corrected analysis value of the temperature distribution and the measured value of the temperature distribution corresponding to each of the flow velocities set by the flow velocity setting step.
The first and second steps for obtaining the relationship between the flow velocity and the squared error, and
In the first to third steps , the flow velocity having the smallest square error is determined as a candidate for the flow velocity based on the relationship between the flow velocity and the square error.
In the determined flow velocity candidates, the first to fourth steps of determining whether or not the squared error is equal to or less than a predetermined specified value, and
Steps 1-5, which formally determine the candidate for the flow velocity as the flow velocity with the smallest error when it is determined that the square error is equal to or less than the predetermined specified value.
The claim is characterized in that, when it is determined that the square error exceeds the predetermined specified value, the flow velocity is changed to include the 1st to 6th steps of shifting to the 1-1 step again. The method for evaluating a flow velocity according to any one of claims 1 to 7.
前記流速設定工程により設定された流速のそれぞれにおいて、流速と前記特徴量との関係の解析値を算出する第2−1工程と、
算出された前記流速と前記特徴量との関係の解析値と、計測された前記実測値の特徴量とに基づいて、前記実測値の特徴量に最も近い解析値の特徴量を選択して、選択した前記解析値の特徴量に対応した流速を、流速の候補として決定する第2−2工程と、
決定された流速の候補において、補正された前記温度分布の解析値と前記温度分布の実測値との2乗誤差が所定の規定値以下であるか否かを判定する第2−3工程と、
前記2乗誤差が前記所定の規定値以下であると判定した場合に、前記流速の候補を前記誤差が最も小さくなる流速として正式に決定する第2−4工程と、
前記2乗誤差が前記所定の規定値を超えると判定した場合には、流速を変更して、再び前記第2−1工程へ移行する第2−5工程と
を含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の流速の評価方法。 The flow velocity determination step is
In the second step of calculating the analysis value of the relationship between the flow velocity and the feature amount at each of the flow velocities set by the flow velocity setting step, and
Based on the calculated analysis value of the relationship between the flow velocity and the feature amount and the measured feature amount of the measured value, the feature amount of the analysis value closest to the feature amount of the measured value is selected. The 2-2 step of determining the flow velocity corresponding to the feature amount of the selected analysis value as a candidate for the flow velocity, and
In the determined flow velocity candidates, the second and third steps of determining whether or not the squared error between the corrected analysis value of the temperature distribution and the measured value of the temperature distribution is equal to or less than a predetermined specified value, and
Steps 2-4, in which the candidate for the flow velocity is formally determined as the flow velocity with the smallest error when it is determined that the square error is equal to or less than the predetermined specified value.
The claim is characterized in that, when it is determined that the square error exceeds the predetermined specified value, the flow velocity is changed to include the 2nd to 5th steps of shifting to the 2-1 step again. The method for evaluating a flow velocity according to any one of claims 1 to 7.
前記熱交換を行った状態の前記配管の内部を流れる流体の複数の流速に対する管軸方向の温度分布の解析値を算出する算出部と、
前記温度分布の解析値から得られた温度分布の解析値の特徴量と、前記熱交換を行った状態の前記配管に関して計測された前記管軸方向の温度分布の実測値の特徴量との特徴量の大小関係を比較して、前記実測値の特徴量に応じた複数の流速を設定する流速設定部と、
前記配管に関して計測された温度分布の実測値に基づく温度分布の基準レベルを示す実測基準レベルと、前記温度分布の解析値から得られた温度分布の基準レベルを示す解析基準レベルとが一致するように、前記算出部により算出された前記温度分布の解析値を補正する補正部と、
前記流速設定部により設定された前記複数の流速のそれぞれに対する前記温度分布の解析値であって、前記補正部により補正された前記温度分布の解析値と、計測された前記温度分布の実測値との誤差最も小さくなる流速を、前記配管の内部を流れる流体の流速として決定する流速決定部と
を備えることを特徴とする評価システム。 A heat exchanger that exchanges heat at a predetermined part of the surface of the pipe,
A calculation unit that calculates an analysis value of the temperature distribution in the pipe axis direction with respect to a plurality of flow velocities of the fluid flowing inside the pipe in the state of heat exchange.
Wherein the feature quantity of the temperature and characteristics of the analysis of the temperature distribution obtained from the analysis value of the distribution, found in the temperature distribution of the tube axis direction which are measured with respect to the pipe in the state of performing the heat exchange A flow velocity setting unit that compares the magnitude relationship of the amounts and sets a plurality of flow paths according to the feature amount of the measured value, and a flow velocity setting unit.
Make sure that the actual measurement reference level, which indicates the reference level of the temperature distribution based on the actual measurement value of the temperature distribution measured for the piping, and the analysis reference level, which indicates the reference level of the temperature distribution obtained from the analysis value of the temperature distribution, match. In addition, a correction unit that corrects the analysis value of the temperature distribution calculated by the calculation unit,
The analysis value of the temperature distribution for each of the plurality of flow velocities set by the flow velocity setting unit, the analysis value of the temperature distribution corrected by the correction unit, and the measured measured value of the temperature distribution. An evaluation system including a flow velocity determining unit that determines the flow velocity having the smallest error as the flow velocity of the fluid flowing inside the pipe.
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