用于估計流體流動速度的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明通常涉及流體動力學，并且更具體地涉及從觀測的流體的反應組分的濃度 估計流動流體混合物的平均速度。
【背景技術】
[0002] 用于測量流體的容積流動速率的各種設備和方法是可得到的。除了其他的之外， 典型的流量測量設備包括渦輪流量計、文丘里（venturi)流量計、孔板計、壓降測量計、超 聲測量計以及水槽（flume)。流量測量設備通常被插入到管道或流動通道中。這樣的侵入 式技術是不便且昂貴的。
[0003] -些現有流量計基于在給定位置處的流體的靜態壓力和動態壓力的比較確定流 體的流動速率。其他流量計是可得到的，其基于在流體溫度和流體的運動粘度之間的關系 估計流體的流動速率。
[0004] 盡管如此，其他流體流量計是可得到的，其通過測量在兩點中的每一點處的廢氣 流中的成分廢氣的波動濃度確定在兩點之間的廢氣的行進時間。基于在兩點之間的距離和 廢氣在兩點之間行進所需的時間計算廢氣速度。
[0005] 流體流動控制系統是可得到的，其使用反應傳輸模型以確定在流體流動控制系統 中的期望的流動速率。這種類型的典型的流動控制系統使用反應-擴散方程和質量守恒方 程以沿接觸盆（contactbasin)建模氯濃度分布以確定適當的流動速率系統，這將導致及 時地在特定的點處在盆的位置中的氣的期望的濃度。
[0006] 此外，流體組分濃度測量儀器是可得到的，其使用流體溫度和流動速率作為輸入 以從通過實驗預先獲得或計算的預定表確定每單位時間內的可應用阻抗變化一顆粒濃度 常數。
[0007] 一些現有的水分配系統包括相對少的傳感器。這種稀疏性對于流量計特別流行， 因為這些經常是安裝費用昂貴并且維護成本高。對于分配系統的相對廣闊的計量區域，流 量計通常僅在入口處可得。即使在個別消費者具有流量計的情況下，采樣速率通常具有低 的時間分辨率。可得的流體測量的通常性缺乏，使得難以評估使用和定位泄漏。然而，在許 多水分配系統中，諸如氯濃度的水質參數的測量變得越來越普遍。
【發明內容】
[0008] 根據本發明的一個實施例，一種用于估計流體流動速度的方法，所述方法包括使 用處理裝置接收多個對應于流動流體混合物的組分的濃度的觀測值，并且至少部分基于所 述觀測值計算所述流動流體混合物的平均速度的最終估計，其中所述組分經受化學反應并 且所述計算實施反應傳輸模型。
[0009] 根據本發明的另一實施例，一種用于估計流體流動速度的系統，所述系統包括同 化流估計器，所述同化流估計器被配置為接收多個對應于流動流體混合物的組分的濃度的 觀測值，并且至少部分基于所述觀測值計算所述流動流體混合物的平均速度的最終估計， 其中，所述組分經受化學反應并且所述計算實施反應傳輸模型。
[0010] 根據本發明的另一實施例，一種用于估計流體流動速度的計算機程序產品，所述 計算機程序產品包括具有包含程序代碼的計算機可讀存儲介質，通過計算機可執行的所述 程序代碼以實現接收多個對應于流動流體混合物的組分的濃度的觀測值，并且至少部分基 于所述觀測值計算所述流動流體混合物的平均速度的最終估計，其中，所述組分經受化學 反應并且所述計算實施反應傳輸模型。
[0011] 通過本發明的所述技術，附加的特征和優勢是容易實現的。本發明的其他實施例 和各方面被在此詳細描述，并且被認為是所要求保護的發明的一部分。為了更好地理解本 發明的所述優勢和所述特征，請參考說明書和附圖。
【附圖說明】
[0012] 被認為是本發明的主題在本說明書的結尾處的權利要求書中特別指出并明顯地 要求保護。結合附圖從下面的具體描述中，上述和本發明的其他特征以及優勢是顯而易見 的，其中：
[0013] 圖1是根據本發明的實施例的裝置的局部剖面圖。
[0014] 圖2是根據本發明的實施例的裝置的原理圖。
[0015] 圖3是根據本發明的實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 本發明的實施例提供從觀測的流體的反應組分的濃度推斷流動流體混合物的平 均速度的系統和方法。在許多現實流體處理系統中，流體的容積流動速率以及流體的一種 或多種組分的濃度是感興趣的。常規地，通過單獨的、專用的測量設備個別地估計流動速率 和組分濃度。通過從觀測的流體的反應組分的濃度推斷流體流動速率，本發明的實施例提 供一種不需要專用流量測量設備的容積流動速率的估計。
[0017] 實施例提供一種用于估計流動的流體的速度的方法。用于該方法的先決條件需要 流體包括在感興趣的系統中經受化學反應的組分物質。該方法包括收集在系統中的流體混 合物中的組分物質的濃度的觀測值或測量值。觀測值取自在流體流動的路徑中的單個位置 處或多個位置處的一個或多個傳感器。該方法進一步包括產生或接收各濃度測量值的精確 度的估計。
[0018] 該方法可開發一種在感興趣的系統中流體的容積流動速率的初始的或先驗的估 計。該方法進一步將濃度觀測值以及先驗流動速率估計同化（assimilate)到建模系統中 的組分的反應傳輸模型中，并使用該反應傳輸模型獲得流體速度的后驗估計和相應的容積 流動速率。
[0019] 實施例提供一種用于使用容易獲得的組分濃度的測量值建模流動速率的相對廉 價技術，該技術使得流動速率估計以在系統中的多個位置處進行。在附加的位置處估計流 動速率可增加網絡模擬模型的精確度，例如，使能泄漏檢測，這可提高網絡管理和操作。
[0020] 實施例提供一種用于估計流動流體的速度的系統。該系統接收在流體混合物中的 反應物質的濃度測量值作為輸入。該系統可實現反應過程的參數化描述和線性傳輸模型， 該線性傳輸模型通過流體流動描述反應物質的傳輸。該系統可以采用用于求解諸如有限差 分的偏微分方程的數值方法連同極大極小（minimax)數據同化以提供估計的流體流動速 度，以及用于估計的流量的不確定性特性。
[0021] 現在參考圖1，示出在管道14中以平均速度um，12流動的流體10。流體10包含 包括經受化學反應的組分物質16的混合物或溶液。在實施例中，管道14包括封閉的管道， 諸如導管或隧道，如圖1中所示。在備選的實施例中，管道14包括敞開的管道，諸如渠道、 溪流或河流。
[0022] 管道14通常沿軸18或流動路徑延伸，至少從近端參考點Xd，20到遠端參考點Xp 22。當然，本領域的普通技術人員將很容易理解，管道14不需要沿軸18直線延伸，實際上， 沿流動的路徑估計流動流體10行進的平均距離將是足夠的。
[0023] 現在參考圖2,根據本發明的流體流動速度估計器30從觀測的流體10的反應組分 的濃