用于估计流体流动速度的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及流体动力学，并且更具体地涉及从观测的流体的反应组分的浓度 估计流动流体混合物的平均速度。
【背景技术】
[0002] 用于测量流体的容积流动速率的各种设备和方法是可得到的。除了其他的之外， 典型的流量测量设备包括涡轮流量计、文丘里（venturi)流量计、孔板计、压降测量计、超 声测量计以及水槽（flume)。流量测量设备通常被插入到管道或流动通道中。这样的侵入 式技术是不便且昂贵的。
[0003] -些现有流量计基于在给定位置处的流体的静态压力和动态压力的比较确定流 体的流动速率。其他流量计是可得到的，其基于在流体温度和流体的运动粘度之间的关系 估计流体的流动速率。
[0004] 尽管如此，其他流体流量计是可得到的，其通过测量在两点中的每一点处的废气 流中的成分废气的波动浓度确定在两点之间的废气的行进时间。基于在两点之间的距离和 废气在两点之间行进所需的时间计算废气速度。
[0005] 流体流动控制系统是可得到的，其使用反应传输模型以确定在流体流动控制系统 中的期望的流动速率。这种类型的典型的流动控制系统使用反应-扩散方程和质量守恒方 程以沿接触盆（contactbasin)建模氯浓度分布以确定适当的流动速率系统，这将导致及 时地在特定的点处在盆的位置中的气的期望的浓度。
[0006] 此外，流体组分浓度测量仪器是可得到的，其使用流体温度和流动速率作为输入 以从通过实验预先获得或计算的预定表确定每单位时间内的可应用阻抗变化一颗粒浓度 常数。
[0007] 一些现有的水分配系统包括相对少的传感器。这种稀疏性对于流量计特别流行， 因为这些经常是安装费用昂贵并且维护成本高。对于分配系统的相对广阔的计量区域，流 量计通常仅在入口处可得。即使在个别消费者具有流量计的情况下，采样速率通常具有低 的时间分辨率。可得的流体测量的通常性缺乏，使得难以评估使用和定位泄漏。然而，在许 多水分配系统中，诸如氯浓度的水质参数的测量变得越来越普遍。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的一个实施例，一种用于估计流体流动速度的方法，所述方法包括使 用处理装置接收多个对应于流动流体混合物的组分的浓度的观测值，并且至少部分基于所 述观测值计算所述流动流体混合物的平均速度的最终估计，其中所述组分经受化学反应并 且所述计算实施反应传输模型。
[0009] 根据本发明的另一实施例，一种用于估计流体流动速度的系统，所述系统包括同 化流估计器，所述同化流估计器被配置为接收多个对应于流动流体混合物的组分的浓度的 观测值，并且至少部分基于所述观测值计算所述流动流体混合物的平均速度的最终估计， 其中，所述组分经受化学反应并且所述计算实施反应传输模型。
[0010] 根据本发明的另一实施例，一种用于估计流体流动速度的计算机程序产品，所述 计算机程序产品包括具有包含程序代码的计算机可读存储介质，通过计算机可执行的所述 程序代码以实现接收多个对应于流动流体混合物的组分的浓度的观测值，并且至少部分基 于所述观测值计算所述流动流体混合物的平均速度的最终估计，其中，所述组分经受化学 反应并且所述计算实施反应传输模型。
[0011] 通过本发明的所述技术，附加的特征和优势是容易实现的。本发明的其他实施例 和各方面被在此详细描述，并且被认为是所要求保护的发明的一部分。为了更好地理解本 发明的所述优势和所述特征，请参考说明书和附图。
【附图说明】
[0012] 被认为是本发明的主题在本说明书的结尾处的权利要求书中特别指出并明显地 要求保护。结合附图从下面的具体描述中，上述和本发明的其他特征以及优势是显而易见 的，其中：
[0013] 图1是根据本发明的实施例的装置的局部剖面图。
[0014] 图2是根据本发明的实施例的装置的原理图。
[0015] 图3是根据本发明的实施例的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的实施例提供从观测的流体的反应组分的浓度推断流动流体混合物的平 均速度的系统和方法。在许多现实流体处理系统中，流体的容积流动速率以及流体的一种 或多种组分的浓度是感兴趣的。常规地，通过单独的、专用的测量设备个别地估计流动速率 和组分浓度。通过从观测的流体的反应组分的浓度推断流体流动速率，本发明的实施例提 供一种不需要专用流量测量设备的容积流动速率的估计。
[0017] 实施例提供一种用于估计流动的流体的速度的方法。用于该方法的先决条件需要 流体包括在感兴趣的系统中经受化学反应的组分物质。该方法包括收集在系统中的流体混 合物中的组分物质的浓度的观测值或测量值。观测值取自在流体流动的路径中的单个位置 处或多个位置处的一个或多个传感器。该方法进一步包括产生或接收各浓度测量值的精确 度的估计。
[0018] 该方法可开发一种在感兴趣的系统中流体的容积流动速率的初始的或先验的估 计。该方法进一步将浓度观测值以及先验流动速率估计同化（assimilate)到建模系统中 的组分的反应传输模型中，并使用该反应传输模型获得流体速度的后验估计和相应的容积 流动速率。
[0019] 实施例提供一种用于使用容易获得的组分浓度的测量值建模流动速率的相对廉 价技术，该技术使得流动速率估计以在系统中的多个位置处进行。在附加的位置处估计流 动速率可增加网络模拟模型的精确度，例如，使能泄漏检测，这可提高网络管理和操作。
[0020] 实施例提供一种用于估计流动流体的速度的系统。该系统接收在流体混合物中的 反应物质的浓度测量值作为输入。该系统可实现反应过程的参数化描述和线性传输模型， 该线性传输模型通过流体流动描述反应物质的传输。该系统可以采用用于求解诸如有限差 分的偏微分方程的数值方法连同极大极小（minimax)数据同化以提供估计的流体流动速 度，以及用于估计的流量的不确定性特性。
[0021] 现在参考图1，示出在管道14中以平均速度um，12流动的流体10。流体10包含 包括经受化学反应的组分物质16的混合物或溶液。在实施例中，管道14包括封闭的管道， 诸如导管或隧道，如图1中所示。在备选的实施例中，管道14包括敞开的管道，诸如渠道、 溪流或河流。
[0022] 管道14通常沿轴18或流动路径延伸，至少从近端参考点Xd，20到远端参考点Xp 22。当然，本领域的普通技术人员将很容易理解，管道14不需要沿轴18直线延伸，实际上， 沿流动的路径估计流动流体10行进的平均距离将是足够的。
[0023] 现在参考图2,根据本发明的流体流动速度估计器30从观测的流体10的反应组分 的浓