1. Wstęp teoretyczny
1. Klasyfikacja metod pomiaru natężenia przepływu
Wyróżniamy metody :
*** geometryczne ; *** tensometryczne ;
*** prędkościowe ; *** termoelektryczne ;
*** objętościowe ; *** magneto - elektryczna ;
*** energetyczne ; *** chemiczne ;
*** radiometryczne ;
Metody energetyczne opierają się na prawie zachowania energii. W zaliczanych do nich, praktycznie stosowanych metodach zwężkowych przemiany energetyczne dotyczą wzrostu energii kinetycznej zachodzącego w zwężonej części przewodu oraz ( w przewodach zamkniętych ) spadku ciśnienia statycznego ( zwężki miernicze ).
Zwężki miernicze - kryzy, dysze i zwężki Venturiego - to tzw. przepływomierze zamknięte o stałym stosunku przekrojów przepływowych służące do bezpośredniego pomiaru natężenia przepływu.
Zwężkowe kanały miernicze ( kanały Venturiego ) otrzymujemy przez odpowiednie zwężenie przewodu otwartego, przez który przepływa ciecz w celu wywołania spadku ciśnienia.
Zwężki miernicze dzielimy na trzy zasadnicze grupy :
### w kryzach przepływający strumień odrywa się od krawędzi wlotowej ;
### w dyszach strumień płynie wzdłuż jej powierzchni wewnętrznej po czym
odrywa się przy wylocie ;
### w zwężkach strumień jest ograniczony na całej długości.
Zasada działania zwężki mierniczej - kryzy.
Wskutek zmniejszenia się przekroju przepływowego przy przejściu z przewodu do przewężenia następuje wzrost średniej prędkości przepływu, a tym samym zmniejszenie się ciśnienia statycznego.
Rysunek przedstawia zmiany ciśnienia i średniej prędkości podczas przepływy przez kryzę.
W przekroju A - A istnienie kryzy zaczyna wpływać na strumień - jego przekrój zmniejsza się a średnia prędkość odpowiednio wzrasta. Wskutek bezwładności strumień zwęża się również w na pewnym odcinku za kryzą stąd miejsce największego zwężenia jest w przekroju B - B.
Na odcinku od A - A do B - B średnia prędkość wzrasta od vA do vB . Odpowiednio wzrasta energia kinetyczna, maleje potencjalna i w rezultacie ciśnienie od pA do pB . Od przekroju B - B strumień zaczyna się stopniowo rozszerzać i w przekroju C - C osiąga ścianki przekroju.
Przy założeniu że gęstość cieczy nie zmieni się w przekroju C - C prędkość będzie taka sama jak w A - A natomiast ciśnienie pc będzie mniejsze od pA wskutek znacznych strat energii w martwych strefach.
Wielkości charakterystyczne dla zwężek :
Współczynnik kontrakcji ( zwężenia ) strumienia - dla kryzy :
AB - pole najmniejszego przekroju strumienia ;
A0 - pole otworu kryzy .
Moduł zwężki :
A0 - pole otworu ;
AA - pole przekroju poprzecznego przewodu .
Na podstawie równania Bernoulliego dla przewodu poziomego i równania ciągłości strumienia :
Możemy wyznaczyć :
***** prędkość w przekroju B - B :
p1 , p2 - punkty odbioru ciśnienia ;
z - współczynnik straty na odcinku A - B ;
a - współczynniki Coriolisa ( energii kinetycznej ) ;
***** natężenie przepływu :
gdzie wyrażenie :
jest współczynnikiem przepływu zwężki.
Wyznaczanie natężenia przepływu za pomocą zwężki Venturiego.
Zasada pomiaru objętości przepływu cieczy w przewodach zamkniętych opiera się na odczycie różnicy wysokości ciśnienia w wąskim i szerokim przekroju. Wobec łagodnych przejść i niedużej długości zwężki podczas obliczeń możemy pominąć lokalne straty hydrauliczne.
Wyznaczając wzór na przepływ korzystamy - jak wyżej - z równania Bernoulliego i prawa ciągłości strumienia :
Po odpowiednich przekształceniach otrzymujemy prędkość w przewężeniu :
gdzie
jest stałe, zatem możemy napisać :
Wzór na natężenie przyjmuje postać :
Współczynnik przepływu zwężki uwzględnia wpływ następujących czynników :
*** nierównomierności rozkładu prędkości w przewodzie i zwężeniu
strumienia ( a ) ;
*** stopnia zwężenia strumienia ( m. , c ) ;
*** strat ( z ) ;
*** usytuowania punktów odbiory ciśnienia ( y ).
Trzy pierwsze zależą od liczby Reynoldsa :
Stefanulek