Скорость потока и давление: Зависимость скорость потока от давления

Содержание

ПРИНЦИПЫ ГИДРАВЛИКИ | Гидравлика Гудрей

Давление и поток

Назначение давления и потока.

При изучении основ гидравлики были использованы следующие термины: сила, передача энергии, работа и мощность. Эти термины используются при описании взаимоотношения давления и потока. Давление и поток — два основных параметра каждой гидравлической системы. Давление и поток взаимосвязаны, но выполняют разную работу.

Давление сжимает или прикладывает усилие. Поток двигает предметы

Водяной пистолет является хорошим примером давления и потока в применении. Нажатие на спусковой крючок создаёт давление внутри водяного пистолета. Вода под давлением вылетает из водяного пистолета и таким образом сбивает деревянного солдатика.

5

Что такое давление?

Давайте подумаем, как и почему создаётся давление. Текучая среда (газ и жидкость) стремится к расширению или происходит сопротивление при их сжатии. Это и есть давление.

Когда вы накачиваете шину, вы создаёте в шине давление. Вы закачиваете в шину воздух больше и больше. Когда шина полностью наполнена воздухом, происходит нажатие на стенки шины. Такое нажатие является видом давления. Воздух является видом газа и может быть сжат.

Сжатый воздух давит на стенки шины с одинаковой силой в каждой точке. Жидкость находится под давлением. Основное отличие состоит в том, что газы могут сжиматься в большей степени, чем жидкости.

6

Одинаковая сила в каждой точке

Давление в сжатой жидкости

Если вы нажмёте на сжатую жидкость, возникнет давление. Так же как и в случае с шиной, давление одинаково в каждой точке бочки, содержащей жидкость. Если давление слишком велико, бочка может сломаться. Бочка сломается в слабом месте, а не там, где больше давление, потому что давление одинаково в каждой точке.

7

Жидкость почти не сжимается

Сжатая жидкость удобна при передаче силы по трубам, на изгибе, вверх, вниз, потому что жидкости почти несжимаемы и передача энергии происходит немедленно. Многие гидравлические системы используют масло. Это потому, что масло почти не сжимается. В тоже время, масло может использовать в качестве смазки.

8

Закон Паскаля: Давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передаётся по всем направлениям без изменения.

Отношение давление и силы

По закону Паскаля, отношение между давлением и силой выражается формулами: P = F/A

F = P х S, где P — давление, F — сила, S — площадь

Гидравлический рычаг

На модели поршня, показанной на рисунке ниже, можно увидеть пример уравновешивания различного веса через гидравлический рычаг. Паскаль открыл, как видно на этом примере, что малый вес малого поршня уравновешивает большой вес большого поршня, доказывая, что площадь поршня пропорционально весу. Это открытие применительно к сжимаемой жидкости. Причина, почему это возможно, это то, что жидкость всегда действует с равной силой на равную площадь.

9

На рисунке изображён груз 2 кг и груз 100 кг. Площадь одного груза, весом 2 кг — 1 см2, давление составляет 2 кг/см2. Площадь другогогруза, весом 100 кг — 50 см2, давление составляет 2 кг/см2. Два веса уравновешивают друг друга.

Механический рычаг

Та же ситуация может быть проиллюстрирована на примере механического рычага на рисунке ниже.

Кот весом 1 кг сидит на расстоянии 5 метров от центра тяжести рычага и уравновешивает кота весом 5 кг на расстоянии 1 метра от центра тяжести, подобно грузу на примере гидравлического рычага.

10

Преобразование энергии гидравлического рычага

Важно помнить, что жидкость действует равной силой на равную площадь. При работе это очень сильно помогает.

Имеется два цилиндра одинакового размера. Когда мы нажимаем на один поршень с усилием 10 кг, другой поршень выдавливается с усилием 10 кг, потому что площадь каждого цилиндра одинаковая. Если площади разные, силы тоже разные.

11

Например, допустим, что большой поршень имеет площадь 50 см2, а маленький поршень имеет площадь 1 см2, при усилии в 10 кг на маленький поршень происходит воздействие 10 кг/см2 на каждую часть большого клапана согласно закона Паскаля, поэтому большой поршень получает общую силу 500 кг. Мы используем давление для передачи энергии и выполнения работы.

12

Имеется важный пункт при преобразовании энергии, а именно, отношение между силой и расстоянием. Вспомни, на механическом рычаге, малый вес требует длинный рычаг для достижения равновесия. Для того, чтобы поднять кота весом 5 кг на 10 см, кот весом 1 кг должен опустить рычаг на 50 см вниз.

13

Давайте посмотрим на рисунок гидравлического рычага снова и подумаем о ходе малого поршня. Ход малого поршня 50 см необходим для передачи достаточного количества жидкости для передвижения поршня большого цилиндра на 1 см.

14

Поток создаёт движение

Что такое поток?

При разнице давления в двух точках гидравлической системы, жидкость стремится к точке с наименьшим давлением. Такое движение жидкости называется потоком. Здесь приведены несколько примеров потока. Вода в городском водопроводе создаёт давление. Когда мы поворачиваем кран, то за счёт разности давления из крана течёт вода.

15

В гидравлической системе поток создаёт насос. Насос создаёт непрерывный поток

16

Скорость и величина потока

Скорость и величина потока используются для измерения потока.

Скорость показывает расстояние, пройденное за определённый промежуток времени.

17

Величина потока показывает, сколько жидкости протекает через определённую точку за данный момент времени.

18

Величина потока и скорость

В гидравлическом цилиндре легко рассмотреть отношение между величиной потока и скоростью.

Во первых, мы должны подумать об объёме цилиндра, который мы должны заполнить и затем подумать о ходе поршня.

На рисунке показан цилиндр А длинной 2 метра и объёмом 10 литров и цилиндр В длинной 1 метр и объёмом 10 литров. Если закачать 10 литров жидкости в минуту в каждый цилиндр, полный ход обоих поршней длится 1 минуту. Поршень цилиндра А двигается в два раза быстрее, чем цилиндра В. Это происходит потому, что поршень должен пройти расстояние в два раза больше за один и тот же промежуток времени.

Это значит, что цилиндр с меньшим диаметром двигается быстрее, чем цилиндр с большим диаметром при одинаковой скорости потока для обоих цилиндров. Если мы увеличим скорость потока до 20 л/мин, обе камеры цилиндра наполнятся в два раза быстрее. Скорость поршня должна увеличиться в два раза.

Таким образом, мы имеем два пути увеличения скорости цилиндра. Один путём уменьшения размера цилиндра и другой за счёт увеличения скорости потока. Скорость цилиндра, таким образом, пропорциональна скорости потока и обратно пропорционально площади поршня.

19

Давление и сила

20Создание давления

Если вы надавите на пробку в бочке, заполненную жидкостью, пробка будет остановлена жидкостью. При нажатии, жидкость под давлением давит на стенки бочки. При чрезмерном нажатии возможен разрыв бочки.

21Путь наименьшего сопротивления

Если имеется бочка с водой и отверстием. При нажатии на крышку сверху, вода вытекает из отверстия. Вода, проходя через отверстие, не встречает сопротивления.

Когда сила прикладывается к сжатой жидкости, жидкость ищет путь наименьшего сопротивления.

22Неисправности оборудования, использующие давление масла.

Вышеописанные характеристики гидравлических жидкостей являются полезными для гидравлического оборудования, но также являются источником многих неисправностей.

Например, если произошла течь в системе, гидравлическая жидкость будет вытекать, так как ищет путь наименьшего сопротивления. Типичными примерами является течь ослабленных соединений и уплотнений. 

23Естественное давление

Мы разговаривали про давление и поток, но часто давление существует без потока. Сила тяжести является хорошим примером. Если мы имеем три взаимосвязанных резервуара разного уровня, как показано на рисунке, сила тяжести сохраняет жидкости во всех резервуарах на одном уровне. Это другой принцип, который мы можем использовать в гидравлической системе.

24Значение силы тяжести

Под действием силы тяжести масло попадает из бака к насосу. Масло не всасывается насосом, как думают многие люди. Насос служит для подачи масла. Что обычно понимают под всасыванием насоса, обозначает подачу масла к насосу под действием силы тяжести.

Масло к насосу поступает под действием силы тяжести.

25Масса жидкости

Масса жидкости также создаёт давление. Дайвер, который ныряет в море, скажет, что он не может нырять слишком глубоко. Если дайвер опустится слишком глубоко, давление раздавит его. Это давление создаётся массой воды. Таким образом, мы имеем вид давления, которое появляется самостоятельно от веса воды.

26Давление возрастает пропорционально глубине и мы можем точно измерить давление на глубине. На рисунке изображена квадратная колонна с водой высотой 10 метров. Известно, что один кубический метр воды весит 1000 кг. При увеличении высоты колонны до 10 метров, вес колонны увеличится до 10000 кг. На дне образуется один квадратный метр. Таким образом вес распределяется на 10000 квадратных сантиметров. Если мы разделим 10000 кг на 10000 квадратных сантиметров, то получится, что давление на этой глубине составляет 1 кг на 1 квадратный сантиметр.

27Что вызывает давление?

Когда давление смешивается с потоком, мы имеем гидравлическую силу. Откуда поступает давление в гидравлическую систему. Часть — это результат силы тяжести, но откуда берётся остальное давление.

28Нагрузка создает давление. Большая часть давления появляется от воздействия нагрузки. На рисунке ниже, насос подаёт масло непрерывно. Масло из насоса находит путь наименьшего сопротивления и направляется через шланг к рабочему цилиндру. Вес нагрузки создаёт давление, величина которого зависит от веса.

29Давление в параллельном соединении

Имеется три различных груза, соединённых параллельно в одной гидравлической системе, как показано на рисунке ниже. Масло, как обычно, ищет путь наименьшего сопротивления. Это значит, что самый лёгкий груз поднимется первым, потому что цилиндру В понадобится наименьшее давление. Когда самый лёгкий груз поднимется, давление возрастёт, чтобы поднять следующий по весу груз из оставшихся. Когда цилиндр А достигнет окончания хода, давление возрастёт, чтобы поднять самый тяжёлый груз. Цилиндр С поднимется последним.

Гидравлическая сила рабочего цилиндра

30(1) Закон инертности говорит о том, что свойство тела сохранять своё состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, пока какая-либо внешняя сила не выведет его из этого состояния. Это одна причина, почему поршень рабочего цилиндра не двигается.

31(2) Другая причина, почему поршень не двигается это нахождение на нём груза.

Скорость потока жидкости

Физика > Темп потока и скорость

Скорость потока и объемная скорость выступают значительными величинами в динамике жидкости. Их применяют для количественной характеристики движения жидкости. Они взаимосвязаны.

Задача обучения

  • Исследовать значение объемного потока и скорости.

Основные пункты

    • Скорость потока – векторная величина, с помощью которой описывают перемещение жидкости. Она легко вычисляется в ламинарном потоке, но в турбулентном возникают сложности.
    • Объемный расход – объем жидкости, перемещающейся через конкретную поверхность за временной промежуток. Вычисляется по скорости потока и поверхностной площади.
  • Анализ потока жидкости сквозь замкнутую гидравлическую систему осуществляется так же, как и поток электронов в электронной схеме. Объемный расход приравнивается к току, скорость потока – к плотности тока, а давление – к напряжению.

Термины

  • Ламинарный поток – лишенное турбулентности перемещение жидкости, где в двух параллельных слоях наблюдается разная скорость.
  • Турбулентный поток – перемещение жидкости с локальными скоростью и давлением, колеблющихся случайным образом.

Динамика жидкости (гидродинамика) – изучение жидкостей в процессе перемещения. У движущейся есть скорость, из-за чего позиция меняется в определенную единицу времени. Скорость отображает производную вектора положения жидкости по времени, поэтому она сама выступает векторной величиной.

Вектор скорости потока – функция позиции. Если скорость жидкости лишена стабильности, то она также выступает временной функцией. В первом уравнении можно проследить математическое выражение скорости перемещения жидкости. Скорость должна обладать хотя бы одним нулевым направленным компонентом и максимум тремя ненаправленными.

Турбулентный и ламинарный потоки

На скорость жидкости способны повлиять давление, вязкость и площадь поперечного сечения емкости, где перемещается жидкость. Также воздействие оказывают характер потока текучей среды: ламинарный и турбулентный. Если мы столкнулись со вторым вариантом, то вычислить скорость крайне трудно. Но в ламинарном все гораздо проще и используется закон Пуазейля. В качестве единиц используют метры на секунды. Скорость потока дает полноценную характеристику передвижения жидкости.

Объемный расход

Это важная величина при характеристике гидродинамики. Речь идет об объеме жидкости, перемещающейся по конкретной поверхности в определенный временной промежуток. В математике выступает производной объема жидкости (метры на секунду). Когда поверхностная площадь отображает плоское поперечное сечение, поверхностный интеграл уменьшается.

Интересно, что только часть скорости потока, параллельная поверхности, влияет на объемный расход. Первый рисунок и второе уравнение демонстрируют позицию вектора скорости потока, создавая угол θ по отношению к нормальной поверхности. Это помогает вычислить объемный расход через конкретную поверхность.

Получается, что объемный расход растет с падением θ и достигает максимума при θ = 0. Объемный расход – важная скалярная величина в гидродинамике и активно применяется в расчетах расхода текучей среды. Ее можно трансформировать в массовый расход, если вы владеете плотностью жидкости.

Поток жидкости сквозь замкнутую систему часто анализируется как гидравлическая, сопоставленная с электронным потоком, где объемный поток приравнивается к электрическому току, давление – к напряжению, а скорость – к плотности тока.


Тест по теме «Тесты с ответами к лекциям по гидравлике и пневматике»

208 вопросов

Показать
Скрыть правильные ответы

Вопрос:

Что такое гидромеханика?

Варианты ответа:

  1. наука о движении жидкости;
  2. наука о равновесии жидкостей;
  3. наука о взаимодействии жидкостей;
  4. наука о равновесии и движении жидкостей.

Вопрос:

На какие разделы делится гидромеханика?

Варианты ответа:

  1. гидротехника и гидрогеология;
  2. техническая механика и теоретическая механика;
  3. гидравлика и гидрология;
  4. механика жидких тел и механика газообразных тел.

Вопрос:

Что такое жидкость?

Варианты ответа:

  1. физическое вещество, способное заполнять пустоты;
  2. физическое вещество, способное изменять форму под действием сил;

7. Полное давление в потоке идеальной жидкости. Метод измерения статического давления и скорости тока жидкости с помощью манометрических трубок.

полное
давление у устоявшемся потоке жидкости
постоянно вдоль всего потока жидкости.

Закон Бернулли
записывают в виде формулы:

где

ρ – плотность
жидкости

υ – скорость
потока жидкости

h – высота
которую занимает отдельный элемент
жидкости

р – давление

сonst – напор,
или полное давление, или интеграл
Бернулли.

Измерение
статического давления

Измерение
статического давления через отверстие
в стенке применяется не только для
измерения скорости, но и для многих
других целей. Так, например, часто
требуется знать распределение давления
вдоль поверхности обтекаемого тела.
Для этой цели в модели тела (дирижабля,
крыла самолета) делается ряд отверстий,
которые последовательно соединяются
с одним коленом манометра (при этом
противодавление в другом колене, конечно,
должно быть все время одинаковым). Можно
также все отверстия присоединить
одновременно к так называемому батарейному
манометру, представляющему собой ряд
сообщающихся трубок.

Расположение
уровней жидкости в таком манометре
сразу дает наглядное представление о
распределении давления вдоль поверхности
тела. хорошо известный опыт, поясняющий
уравнение Бернулли для течения в трубе,
сначала суживающейся, а затем опять
расширяющейся. Дроссельный кран позволяет
регулировать скорость, следовательно,
и давление в трубе. Если кран открыть
полностью, то в самом узком сечении
давление настолько понижается, что
становится меньше атмосферного. Это
легко продемонстрировать, сделав
отверстие в нижней части сечения и
вставив туда трубку, опущенную в чашку
со ртутью.

Заметим, что
при таком опыте давление в расширяющейся
части трубы получается меньше, чем это
следует из уравнения Бернулли, что
объясняется некоторой потерей энергии
на трение. В суживающейся части, если
только сужение происходит плавно (иначе
образуются вихри), совпадение с теорией
получается очень хорошее. Измерение
разности давлений в широкой и узкой
частях трубы переменного сечения может
быть использовано для определения
количества протекающей по трубе жидкости.
Примеры распределения давления вдоль
поверхности моделей корпуса дирижабля
и крыла самолета

8. Понятия стационарного потока, ламинарное и турбулентное течение. Линии, поверхности тока(слои). Вязкость. Формула ньютона. Коэффициент вязкости. Ньютоновские и неньютоновские жидкости, примеры.

Под стационарным
потоком я подразумеваю поток, скорость
которого в любом месте жидкости никогда
не изменяется. Жидкость в любой точке
постоянно заменяется новой жидкостью,
движущейся в точности таким же образом.
Картина скоростей всегда выглядит
одинаково, т. е. v представляет статическое
векторное поле. Как в магнитостатике
мы рисовали силовые линии, так и здесь
можно начертить линии, которые всегда
касательны к скорости жидкости. Эти
линии называются «линиями тока». Для
стационарного потока они действительно
представляют реальные пути частиц
жидкости. (В нестационарном потоке
картина линий тока меняется со временем,
однако в любой момент времени она не
представляет пути частиц жидкости.)

Вязкость
(внутреннее трение) — это свойство
реальных жидкостей сопротивляться
перемещению одной части жидкости
относительно другой. При таком перемещении
возникают силы внутреннего трения,
которые направленны по касательной к
поверхности слоев. Действие этих сил
проявляется в том, что со стороны слоя,
движущегося быстрее, на слой, движущийся
медленнее, действует ускоряющая сила.
Со стороны же слоя, движущегося медленнее,
на слой, движущийся быстрее, действует
тормозящая сила.

Существует
два режима течения жидкостей. Течение
называется ламинарным (слоистым), если
вдоль потока каждый выделенный тонкий
слой скользит относительно соседних,
не перемешиваясь с ними, и турбулентным
(вихревым), если вдоль потока происходит
интенсивное вихреобразование и
перемешивание жидкости (газа).

Ламинарное
течение жидкости как правило наблюдается
при небольших скоростях ее движения.
Внешний слой жидкости, примыкающий к
поверхности трубы, в которой она течет,
из-за сил молекулярного сцепления
прилипает к ней и остается неподвижным.
Скорости последующих слоев тем больше,
чем больше их расстояние до поверхности
трубы, при этом наибольшей скоростью
обладает слой, который движется вдоль
оси трубы.

При турбулентном
течении частицы жидкости приобретают
составляющие скоростей, которые
перпендикулярны течению, и они могут
двигаться из одного слоя в другой.
Скорость частиц жидкости быстро
возрастает по мере удаления от поверхности
трубы, затем изменяется незначительно.
Так как частицы жидкости могут перейти
из одного слоя в другой, то их скорости
в различных слоях мало отличаются. Из-за
большого градиента скоростей у поверхности
трубы обычно происходит образование
вихрей.

где

градиент скорости, характеризующий
быстроту изменения величины скорости
в направлении нормали к поверхности
трущихся слоев; η- коэффициент
пропорциональности, различных для
разных жидкостей или газов определяющий
их вязкие свойства и называемый
коэффициентом динамической вязкости
или просто вязкостью.

Физический
смысл коэффициента вязкости ясен из
формулы (1). Если положить градиент
скорости 1=dv/dx
и S = 1, то F=η, т.е. коэффициент динамической
вязкости численно равен силе внутреннего
трения, действующей на единицу площади
соприкосновения слоев при градиенте
скорости, равном единице. В СИ динамический
коэффициент вязкости измеряется в
Паскаль–секундах.

Неньютоновской
жидкостью называют жидкость, при течении
которой её вязкость зависит от градиента
скорости/ Обычно такие жидкости сильно
неоднородны и состоят из крупных молекул,
образующих сложные пространственные
структуры.((каша)))

Нью́тоновская
жи́дкость (названная так в честь Исаака
Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся
в своём течении закону вязкого трения
Ньютона, то есть касательное напряжение
и градиент скорости линейно зависимы.
Коэффициент пропорциональности между
этими величинами известен как
вязкость(((вода)))

Расходомер с диафрагмой

Компенсация температуры и давления

Когда мы вывели формулу для прогнозирования расхода на основе давления, падающего на сопло или трубку Вентури, или нам пришлось сделать много предположений, главным из которых является полное отсутствие трения (т. Е. Отсутствие энергии рассеивается из-за трения) внутри движущейся жидкости и идеального обтекания (т.е. полное отсутствие турбулентности). Достаточно сказать, что формулы потока, которые мы обсуждали (предыдущие темы) до сих пор, являются лишь приближением к реальности.

Диафрагмы являются одними из худших нарушителей в этом отношении, поскольку жидкость сталкивается с такими резкими изменениями геометрии, проходя через отверстие. Трубки Вентури почти идеальны, поскольку обработанные контуры трубки обеспечивают постепенное изменение давления жидкости и минимизируют турбулентность.

Однако в реальном мире мы часто должны делать все, что в наших силах, с несовершенными технологиями. Диафрагмы, несмотря на то, что они менее совершенны в качестве чувствительных элементов, удобны и экономичны для установки во фланцевые трубы.

Диафрагмы также являются самым простым типом проточного элемента, который можно заменить в случае повреждения или планового обслуживания.

В таких приложениях, как коммерческий учет (также называемый «финансовым» измерением), где поток жидкости представляет собой покупаемый и продаваемый продукт, точность измерения расхода имеет первостепенное значение.

Поэтому важно выяснить, как добиться максимальной точности от общей диафрагмы, чтобы мы могли точно и экономично измерять потоки жидкости.

Если мы сравним истинный расход через первичный чувствительный элемент, создающий давление, с теоретическим расходом, предсказанным идеализированным уравнением, мы можем заметить существенное расхождение. Причины этого несоответствия включают, но не ограничиваются:

  • Потери энергии из-за турбулентности и вязкости
  • Потери энергии из-за трения о трубу и поверхности элемента
  • Нестабильное расположение контракта вены с изменениями потока
  • Неравномерная скорость профили, вызванные неровностями в трубе
  • Сжимаемость жидкости
  • Тепловое расширение (или сжатие) элемента и трубопровода
  • Неидеальное расположение отвода давления
  • Чрезмерная турбулентность, вызванная шероховатой внутренней поверхностью трубы

Соотношение между истинным расходом и теоретическим расходом для любой измеренной величины перепада давления известен как коэффициент расхода чувствительного элемента потока, обозначенный переменной C.

Поскольку значение 1 представляет теоретический идеал, фактическое значение C для любого элемента потока, создающего реальное давление, будет меньше 1:

discharge coefficient of the flow-sensing element

discharge coefficient of the flow-sensing element

Для потоков газа и пара истинный расход еще больше отклоняется от теоретическое (идеальное) значение расхода по сравнению с жидкостями по причинам, связанным с сжимаемостью газов и паров.

Коэффициент расширения газа (Y) может быть рассчитан для любого элемента потока путем сравнения его коэффициента расхода для газов с коэффициентом расхода для жидкостей.

Как и в случае с коэффициентом расхода, значения Y для любого элемента, создающего реальное давление, будут меньше 1:

Flow discharge coefficient

Flow discharge coefficient

Включая эти факторы в уравнение идеального объемного расхода, которое обсуждалось в другой статье (щелкните здесь), мы приходим к следующей формулировке:

ideal volumetric flow equation

ideal volumetric flow equation

При желании мы могли бы даже добавить еще один фактор для учета любых необходимых преобразований единиц (N), избавившись в процессе от константы √2:

Volumetric flow equation - 1

Volumetric flow equation - 1

К сожалению, ни коэффициент расхода (C), ни коэффициент расширения газа (Y) не будут оставаться постоянными во всем диапазоне измерения любого данного расходомера.

Эти переменные могут изменяться в зависимости от скорости потока, что еще больше усложняет задачу точного определения скорости потока на основе измерения перепада давления.

Однако, если мы знаем значения C и Y для типичных условий потока, мы можем достичь хорошей точности в большинстве случаев.

Точно так же тот факт, что C и Y изменяются в зависимости от расхода, накладывает ограничения на точность, достижимую с помощью формул «константы пропорциональности», рассмотренной ранее.

Независимо от того, измеряем ли мы объемный или массовый расход, коэффициент k, рассчитанный для одного конкретного условия потока, не будет оставаться постоянным для всех условий потока:

volumetric or mass flow rate

volumetric or mass flow rate

Это означает, что после того, как мы вычислили значение k на основе конкретного условия потока, мы можем доверять только результатам уравнения для условий потока, не слишком отличающихся от того, которое мы использовали для расчета k.

Как вы можете видеть в обоих уравнениях потока, плотность жидкости (ρ) является важным фактором. Если плотность жидкости относительно стабильна, мы можем рассматривать ρ как постоянную величину, включив ее значение в коэффициент пропорциональности (k), чтобы сделать две формулы еще проще:

Orifice flow equations

Orifice flow equations

Однако, если плотность жидкости может изменяться с течением времени , нам потребуются некоторые средства для постоянного расчета ρ, чтобы наши предполагаемые измерения расхода оставались точными. Переменная плотность жидкости — типичное состояние дел при измерении расхода газа, поскольку все газы сжимаемы по определению.

Простое изменение статического давления газа в трубе — это все, что нужно для изменения ρ, что, в свою очередь, влияет на соотношение между расходом и перепадом перепада давления.

Американская газовая ассоциация (AGA) предоставляет формулу для расчета объемного расхода любого газа с использованием диафрагм в своем отчете № 3, с компенсацией изменений давления и температуры газа.

Вариант этой формулы показан здесь (в соответствии с предыдущими формулами в этом разделе):

AGA orifice plates formula

AGA orifice plates formula

Где,
Q = объемный расход (SCFM = стандартные кубические футы в минуту)
N = коэффициент преобразования единиц
C = коэффициент расхода (учитывает потери энергии, поправки на число Рейнольдса, расположение отводов давления и т. Д.)
Y = коэффициент расширения газа
A1 = площадь поперечного сечения горловины
A2 = площадь поперечного сечения горловины
Zs = коэффициент сжимаемости газа при стандартных условиях
Zf1 = коэффициент сжимаемости газа в условиях потока, на входе
Gf = Удельный вес газа (плотность относительно окружающего воздуха)
T = Абсолютная температура газа
P1 = Давление на входе (абсолютное)
P2 = Давление на выходе (абсолютное)

Это уравнение подразумевает непрерывное измерение абсолютного давления газа (P1) и абсолютная температура газа (T) внутри трубы, помимо перепада давления, создаваемого диафрагмой (P1 — P2).

Эти измерения могут выполняться тремя отдельными устройствами, их сигналы направляются в вычислитель расхода газа:

Компенсация расходомера с диафрагмой

Pressure and Temperature Compensation for Flow Transmitter

Pressure and Temperature Compensation for Flow Transmitter

Обратите внимание на расположение термометра сопротивления (термогильзы), расположенного ниже по потоку от диафрагмы, чтобы создаваемая им турбулентность не создаст дополнительной турбулентности на диафрагме.

Американская газовая ассоциация (AGA) допускает размещение защитной гильзы перед устройством, но только в том случае, если оно расположено на расстоянии не менее трех футов от стабилизатора потока.

Чтобы наилучшим образом контролировать все физические параметры, необходимые для хорошей точности дозирования с помощью сопла, стандартной практикой в ​​установках расходомеров для коммерческого учета является использование отточенных участков счетчика, а не стандартных труб и трубопроводной арматуры.

«Хонингованный участок» — это полный узел трубопровода, состоящий из изготовленного фитинга для удержания диафрагмы и достаточных прямых отрезков трубы до и после потока, внутренние поверхности этой трубы обработаны («хонингованы») для придания гладкости стеклу. поверхность с точными и симметричными размерами.

Хонингованные проходы гарантируют минимальное нарушение потока газа или жидкости, тем самым повышая точность измерения за счет предотвращения ненужной турбулентности и / или искажения профилей потока. Такие «участки» трубопровода довольно дороги, но необходимы для достижения точности измерения расхода, достойной коммерческого учета.

Дроссельный расходомер

На этой фотографии показан комплект диафрагменных расходомеров, совместимых с AGA3, для измерения расхода природного газа:

orifice meter measuring the flow of natural gas

orifice meter measuring the flow of natural gas

Обратите внимание на специальные коллекторы преобразователя, рассчитанные на прием как дифференциального, так и абсолютного давления (Rosemount модель 3051) передатчики.

Также обратите внимание на быстросменные фитинги (металлические оребрения), удерживающие диафрагмы, чтобы облегчить удобную замену диафрагм, которая периодически необходима из-за износа. В некоторых отраслях промышленности нередко приходится менять диафрагмы ежедневно, чтобы обеспечить острые края диафрагмы, необходимые для точных измерений.

Хотя эти участки счетчиков не видны на этой фотографии, они соединены между собой сетью запорных клапанов, направляющих поток природного газа через несколько участков счетчика по желанию.Когда общий расход газа велик, все участки счетчика вводятся в эксплуатацию, и их соответствующие расходы суммируются, чтобы получить общее измерение расхода.

Когда общий расход уменьшается, отдельные участки счетчика отключаются, что приводит к увеличению расхода на остальных участках счетчика.

Эта «ступенчатая» последовательность прогонов расходомера расширяет эффективный диапазон изменения диафрагмы как элемента измерения расхода, что приводит к гораздо более точным измерениям расхода в широком диапазоне расходов, чем при работе расходомера с одним (большим) отверстием. были использованы.

Многопараметрический преобразователь

Альтернативой установке нескольких приборов (дифференциальное давление, абсолютное давление и температура) на каждом участке счетчика является использование одного многопараметрического датчика, способного измерять температуру газа, а также статическое и дифференциальное давление. . Этот подход имеет преимущество более простой установки по сравнению с подходом с несколькими приборами:

multi-variable transmitter

multi-variable transmitter

Модель Rosemount 3095MV и модель Yokogawa EJX910 являются примерами многопараметрических преобразователей, предназначенных для измерения расхода газа с компенсацией и оснащенных несколькими датчиками давления. порт подключения для датчика температуры RTD и достаточная цифровая вычислительная мощность для непрерывного расчета расхода на основе уравнения AGA.

Такие передатчики с несколькими переменными могут обеспечивать аналоговый выход для вычисленной скорости потока или цифровой выход, где все три основные переменные и вычисленная скорость потока могут быть переданы в главную систему (как показано на предыдущем рисунке).

Yokogawa EJX910A обеспечивает интересный вариант вывода сигнала: цифровой импульсный сигнал, где каждый импульс представляет собой определенное количество (объем или массу) жидкости.

Частота этой последовательности импульсов представляет собой расход, в то время как общее количество импульсов, подсчитанных за период времени, представляет собой общее количество жидкости, прошедшей через диафрагму за этот промежуток времени.

Встроенная диафрагма

На этой фотографии показан преобразователь Rosemount 3095MV, используемый для измерения массового расхода в линии чистого кислорода (газа). Дроссельная диафрагма представляет собой «единый» блок непосредственно под корпусом преобразователя, зажатый между двумя фланцевыми пластинами на медной линии.

Трехклапанный коллектор соединяет преобразователь модели 3095MV со встроенной конструкцией диафрагмы:

integral orifice flow meter

integral orifice flow meter

ТСД с температурной компенсацией можно отчетливо увидеть на левой стороне фотографии, установленной на угловом фитинге в медная труба.

Приложения для измерения расхода жидкости также могут выиграть от компенсации, поскольку плотность жидкости изменяется с температурой. Статическое давление здесь не имеет значения, потому что жидкости считаются несжимаемыми для всех практических целей.

Таким образом, формула для измерения компенсированного расхода жидкости не включает каких-либо терминов для статического давления, только дифференциальное давление и температуру:

compensated liquid flow measurement

compensated liquid flow measurement

Константа kT, показанная в приведенном выше уравнении, является коэффициентом пропорциональности для расширения жидкости с увеличением температуры .

Разница температур между измеренным условием (T) и эталонным состоянием (Tref), умноженная на этот коэффициент, определяет, насколько менее плотная жидкость по сравнению с ее плотностью при эталонной температуре.

Следует отметить, что некоторые жидкости, особенно углеводороды, имеют коэффициент теплового расширения значительно выше, чем вода.

Это делает температурную компенсацию для измерения расхода углеводородной жидкости очень важной, если принцип измерения является объемным, а не массовым.

Статьи, которые могут вам понравиться:

Дренажное отверстие и вентиляционное отверстие

Датчик перепада давления для измерения уровня

Ошибки датчика уровня перепада давления

Установка RTD после диафрагмы

Калибровка многофазного расходомера

.

Ничего не найдено для Wp Content Uploads 2015 01 E7210E Pdf

ОБЪЯВЛЕНИЕ О ДИЛЕРСТВАХ ДЛЯ АМЕРИКАНСКОГО РЫНКА
ESA рада объявить о назначении Olsträd Engineering Corporation эксклюзивным дилером в США и неисключительным дилером в Канаде и Мексике.
Компания Olsträd Engineering, расположенная в Кенте, штат Огайо, за более чем 12 лет с момента своего создания заработала репутацию на рынке услуг и качественных брендов. Обслуживаемые рынки: пищевая промышленность, керамика, металлы (черные и цветные), бумага, текстиль, упаковка, крематорий, кирпич и многое другое.
ESA и Olsträd идеально подходят. Обе компании воплощают в себе глубокие знания приложений, приверженность постоянным инновациям и ориентацию на обслуживание клиентов.
Olsträd будет поставлять полный спектр продуктов ESA S.p.A., включая горелки, средства управления, регуляторы, серводвигатели, смесители и т. Д., И предоставит существующим клиентам ESA в Америке высокий уровень знаний в области горения и обслуживания клиентов.
Стив Огонек, президент и главный исполнительный директор, прокомментировал: «Мы построили наш бизнес с одной миссией; поставлять высококачественное, надежное и эффективное оборудование и решения для сжигания, и мы гордимся своим превосходным обслуживанием клиентов.Мы рады предложить бренд ESA нашим существующим клиентам и исследовать новые рынки с помощью обширной линейки продуктов ESA ».
Милко Дальфово, генеральный директор ESA, добавил: «Мы рады, что Стив и его команда присоединились к ESA в рамках нашей всемирной дилерской сети. Америка — крупнейший рынок в мире, и мы рады сообщить, что теперь на этот рынок выходит ESA. Мы надеемся на сотрудничество с Olsträd Engineering для развития их бизнеса с помощью нашего полного спектра оборудования. Вместе с нашим сильным составом и отличной репутацией мы надеемся на успешное партнерство.”

Уважаемые господа, Благодарим вас за посещение нашего стенда на ADIPEC 2019
. Если вам потребуется дополнительная информация, свяжитесь с нашей общей почтой [email protected]

ESA с гордостью сообщает, что его инженер Андреа Байо, технический директор ESA, был избран вице-президентом CECOF , Европейского комитета производителей промышленных печей и оборудования для сжигания. Он также был избран президентом CICOF , итальянской ассоциации, представляющей производителей промышленных печей.Желаем ему хорошей работы в ассоциациях на благо каждого члена.

Уважаемые господа, Благодарим вас за посещение нашего стенда на Thermprocess 2019
. Если вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, свяжитесь с нашей общей почтой [email protected]

IBIE19 — Лас-Вегас, США: после выдающихся результатов IBIE 2018, ESA рада подтвердить свое первое участие в выставке IBIE в Лас-Вегасе с 7 по 11 сентября 2019 года, стенд № 2774. На выставке будут представлены наши ленточные горелки со встроенным смешиванием, индивидуальным регулированием газа и только что запатентованным индивидуальным регулированием воздуха и газа.

.