Kalvo (virtausmittaus)

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 26. heinäkuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Kalvo ( kreikasta. διάφραγμα - väliseinä) - kaventava laite kaasun tai nesteen virtaamiseksi putkilinjassa. Se on putkiliitin ensisijaiseksi mittausmuuntimeksi tilavuusvirtauksen mittaamiseen . Se on levymäinen väliseinä, jossa on reikä nesteen tai kaasun putken sisällä.

Kalvon toimintaperiaate

Toimintaperiaate, kuten Venturi-putkessa , perustuu Bernoullin lakiin , joka määrittää suhteen virtausnopeuden ja siinä olevan paineen välille. Kalvo asennetaan putkilinjaan, jonka läpi nestemäinen tai kaasumainen aine virtaa, mikä luo paikallisen virtauksen kapenemisen. Virtauksen suurin puristus tapahtuu tietyllä etäisyydellä kalvon takana, tuloksena olevaa minimivirtauksen poikkileikkausta kutsutaan puristetuksi poikkileikkaukseksi . Koska osa paineen potentiaalienergiasta muuttuu liike-energiaksi, keskimääräinen virtausnopeus kavennetussa osassa kasvaa. Staattinen virtauspaine kalvon jälkeen pienenee kuin ennen sitä. Näiden paineiden välinen ero (painehäviö) on sitä suurempi, mitä suurempi on virtaavan aineen virtausnopeus. Paine-ero mitataan paine-eromittarilla .

Kalvon suunnittelu

Kalvo on valmistettu renkaan muodossa. Lähtöpuolen keskellä oleva reikä voi olla joissain tapauksissa viistetty. Rakenteesta ja erityistapauksesta riippuen kalvo voidaan asettaa tai olla asentamatta rengasmaiseen kammioon (katso Kalvotyypit). Kalvojen valmistusmateriaali on useimmiten terästä 12X18H10T (GOST 5632-72), koska materiaalina rengaskammioiden runkojen valmistukseen voidaan käyttää terästä 20 (GOST 1050-88) tai terästä 12X18H10T (GOST 5632-2014). käytetty.

Kokoonpuristumattoman nesteen virtaus kalvon läpi

Olettaen, että nestevirtaus, kokoonpuristumaton ja epätasainen, tasainen, laminaarinen, vaakasuorassa putkessa (ei tason muutoksia) ja kitkahäviöt ovat mitättömät, Bernoullin laki pelkistetään energian säilymisen laiksi kahden samalla virtaviivalla olevan pisteen välillä:

$P_{1}+{\frac {1}{2}}\cdot \rho \cdot V_{1}^{2}=P_{2}+{\frac {1}{2}}\cdot \rho \cdot V_{2}^{2}$

tai

$P_{1}-P_{2}={\frac {1}{2}}\cdot \rho \cdot V_{2}^{2}-{\frac {1}{2}}\cdot \rho \cdot V_{1}^{2}$

Jatkuvuusyhtälöstä:

$Q=A_{1}\cdot V_{1}=A_{2}\cdot V_{2}$ tai ja : $V_{1}=Q/A_{1}$ $V_{2}=Q/A_{2}$

$P_{1}-P_{2}={\frac {1}{2}}\cdot \rho \cdot {\bigg (}{\frac {Q}{A_{2}}}{\bigg )}^{2}-{\frac {1}{2}}\cdot \rho \cdot {\bigg (}{\frac {Q}{A_{1))}{\bigg )}^{2}$

Ilmaisee : $Q_{}$

$Q=A_{2}\;{\sqrt {\frac {2\;(P_{1}-P_{2})/\rho }{1-(A_{2}/A_{1}) ^{2}}}}$
ja
$Q=A_{2}\;{\sqrt {\frac {1}{1-(d_{2}/d_{1})^{4))))\;{\sqrt {2\; (P_{1}-P_{2})/\rho }}$

Yllä oleva lauseke edustaa teoreettista tilavuusvirtaa. Esittelemme sekä vanhenemiskertoimen : $K$ ${\displaystyle \beta =d_{2}/d_{1))$ $C_{d}$

$Q=C_{d}\;A_{2}\;{\sqrt {\frac {1}{1-\beta ^{4))))\;{\sqrt {2\;(P_{ 1}-P_{2})/\rho}}$

Ja lopuksi esittelemme virtauskertoimen , jonka määrittelemme muodossa , jotta saadaan lopullinen yhtälö nesteen tilavuusvirtausnopeudelle: $C$ $C={\frac {C_{d}}{\sqrt {1-\beta ^{4}}}}$

$(1)\qquad Q=C\;A_{2}\;{\sqrt {2\;(P_{1}-P_{2})/\rho ))$

Kerromme aiemmin saamamme yhtälön (1) nesteen tiheydellä saadaksemme lausekkeen massavirtaukselle missä tahansa putken osassa: [1] [2] [3] [4]

$(2)\qquad {\piste {m}}=\rho \;Q=C\;A_{2}\;{\sqrt {2\;\rho \;(P_{1}-P_{ 2})}}$

missä
$Q_{}$	= tilavuusvirta (millä tahansa poikkileikkauksella), m³/s
${\piste {m}}$	= massavirta (millä tahansa poikkileikkauksella), kg/s
$C_{d}$	= virtauskerroin, mittaton
$C$	= virtauskerroin, mittaton
$A_{1}$	= putken poikkipinta- ala , m²
$A_{2}$	= kalvon aukon poikkipinta -ala, m²
$d_{1}$	= putken halkaisija , m
$d_{2}$	= aukon halkaisija kalvossa, m
$\beeta$	= putken ja aukon halkaisijoiden suhde, mittaton
$V_{1}$	= nesteen nopeus kalvoon, m/s
$V_{2}$	= nesteen nopeus kalvon sisällä, m/s
$P_1$	= nesteen paine kalvoon asti, Pa (kg/(m s²))
$P_2$	= nesteen paine kalvon jälkeen, Pa (kg/(m s²))
$\rho$	= nesteen tiheys , kg/m³.

Kaasu virtaa kalvon läpi

Yleensä yhtälöä (2) voidaan soveltaa vain kokoonpuristumattomille nesteille. Mutta sitä voidaan muuttaa ottamalla käyttöön laajenemiskerroin kaasujen kokoonpuristuvuuden huomioon ottamiseksi. $Y$

$(3)\qquad {\piste {m}}=\rho _{1}\;Q=C\;Y\;A_{2}\;{\sqrt {2\;\rho _{1 }\;(P_{1}-P_{2})}}$

$Y$ on 1,0 kokoonpuristumattomille nesteille ja se voidaan laskea kaasuille. [2]

Laajenemiskertoimen laskeminen

Laajenemiskerroin , jonka avulla voidaan seurata ihanteellisen kaasun tiheyden muutosta isentrooppisen prosessin aikana , löytyy seuraavasti: [2] $Y$

${\displaystyle Y=\;{\sqrt {r^{2/k}{\bigg (}{\frac {k}{k-1}}{\bigg )}{\bigg (}{\frac {\ ;1-r^{(k-1)/k\;}}{1-r}}{\bigg )}{\bigg (}{\frac {1-\beta ^{4}}{1-\ beta ^{4}\;r^{2/k))}{\bigg )))))$

Arvoille , jotka ovat pienempiä kuin 0,25, yleensä 0, jolloin viimeisestä termistä tulee 1. Näin ollen lauseke on totta useimmille aukkoille: $\beeta$ $\beta ^{4}$

$(4)\qquad Y=\;{\sqrt {r^{2/k}{\bigg (}{\frac {k}{k-1}}{\bigg )}{\bigg (} {\frac {\;1-r^{(k-1)/k\;}}{1-r}}{\bigg )))}$

missä
$Y$	= laajennuskerroin, dimensioton
$r$	= $P_{2}/P_{1}$
$k$	= lämpökapasiteettisuhde ( ), mittaton määrä. $c_{p}/c_{v}$

Korvaamalla yhtälön (4) massavirran (3) lausekkeeseen, saadaan: ja

${\piste {m}}=C\;A_{2}\;{\sqrt {2\;\rho _{1}\;{\bigg (}{\frac {k}{k-1 }}{\bigg )}{\bigg [}{\frac {(P_{2}/P_{1})^{2/k}-(P_{2}/P_{1})^{(k+ 1) )/k}}{1-P_{2}/P_{1}}}{\bigg ]}(P_{1}-P_{2})}}$

${\piste {m}}=C\;A_{2}\;{\sqrt {2\;\rho _{1}\;{\bigg (}{\frac {k}{k-1 }}{\bigg )}{\bigg [}{\frac {(P_{2}/P_{1})^{2/k}-(P_{2}/P_{1})^{(k+ 1) )/k}}{(P_{1}-P_{2})/P_{1}}}{\bigg ]}(P_{1}-P_{2})}}$

Siten lopullinen lauseke ihanteellisen kaasun kompressoimattomalle (eli aliäänivirtaukselle) kalvon läpi β-arvoille, jotka ovat pienempiä kuin 0,25, on:

$(5)\qquad {\dot {m}}=C\;A_{2}\;{\sqrt {2\;\rho _{1}\;P_{1}\;{\bigg ( }{\frac {k}{k-1}}{\bigg )}{\bigg [}(P_{2}/P_{1})^{2/k}-(P_{2}/P_{1 })^{(k+1)/k}{\bigg ])))}$

Ideaalikaasun tilayhtälöä ja kokoonpuristuvuuskerrointa (otettu käyttöön korjaamaan todellisten ja ideaalikaasujen välisiä eroja) käyttämällä lauseke, jota voidaan käyttää käytännössä subsonic reaalikaasun virtauksessa aukon läpi, kun β-arvot ovat alle 0,25: [3] [ 4] [5]

${\displaystyle (6)\qquad {\dot {m}}=C\;A_{2}\;P_{1}\;{\sqrt ({\frac {2\;M}{Z\;R\ ;T_{1))}{\bigg (}{\frac {k}{k-1}}{\bigg )}{\bigg [}(P_{2}/P_{1})^{2/k }-(P_{2}/P_{1})^{(k+1)/k}{\bigg ]))))$

Pitäen mielessä, että ja (todellisen kaasun tilayhtälö, kun otetaan huomioon puristuvuustekijä) $Q_{1}={\frac {\piste {m}}{\rho _{1}}}$ $\rho _{1}=M\;{\frac {P_{1}}{Z\;R\;T_{1}}}$

$(8)\qquad Q_{1}=C\;A_{2}\;{\sqrt {2\;{\frac {Z\;R\;T_{1}}{M}}{\ bigg (}{\frac {k}{k-1}}{\bigg )}{\bigg [}(P_{2}/P_{1})^{2/k}-(P_{2}/P_ {1})^{(k+1)/k}{\bigg ])))}$

missä
$k$	= lämpökapasiteettisuhde ( ), mittaton määrä $c_{p}/c_{v}$
${\piste {m}}$	= massavirta mielivaltaisessa osassa, kg/s
$Q_{1}$	= todellinen kaasuvirtaus aukkoon, m³/s
$C$	= aukon virtauskerroin, mittaton
$A_{2}$	= kalvon aukon poikkipinta -ala, m²
$\rho_{1}$	= todellinen kaasun tiheys aukkoon asti, kg/m³
$P_1$	= kaasun paine kalvoon asti, Pa (kg/(m s²))
$P_2$	= kaasun paine kalvon jälkeen, Pa (kg/(m s²))
$M$	= kaasun molekyylipaino , kg/mol (tunnetaan myös nimellä molekyylipaino )
$R$	= yleinen kaasuvakio = 8,3145 J/(mol K)
$T_{1}$	= kaasun absoluuttinen lämpötila aukkoon asti, K
$Z$	= kaasun kokoonpuristuvuuskerroin ja , mittaton määrä. $P_1$ $T_{1}$

Yksityiskohtainen kuvaus kriittisestä ja ei-kriittisestä kaasuvirtauksesta sekä ilmaisuja kriittiselle kaasuvirtaukselle kalvon läpi löytyy kriittistä virtausta käsittelevästä artikkelista .

Kalvotyypit

DCS

DKS - vakiokammiokalvo.

Suunniteltu [6] nimellispaineelle 10 MPa asti nimellisreiällä 50 - 500 mm.

DBS

DBS - standardi tubeless kalvo.

Suunniteltu [6] nimellisrei'ille 300 - 500 mm ja nimellispaineelle 4 MPa asti.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Luento, Sydneyn yliopisto Arkistoitu 29. toukokuuta 2007 Wayback Machinessa
↑ 1 2 3 Perry, Robert H. ja Green, Don W. Perry's Chemical Engineers' Handbook (uuspr.) . - Kuudes painos. - McGraw-Hill Education , 1984. - ISBN 0-07-049479-7 .
↑ 1 2 Handbook of Chemical Hazard Analysis Procedures , Liite B, Federal Emergency Management Agency, US Dept. of Transportation ja US Environmental Protection Agency, 1989. Handbook of Chemical Hazard Analysis, liite B Arkistoitu 30. huhtikuuta 2018 Wayback Machinessa Napsauta PDF-kuvaketta, odota ja vieritä sitten alas sivulle 391/520 PDF-sivua.
↑ 1 2 Riskinhallintaohjelman ohjeet ulkopuolisten seurausten analysointiin , US EPA -julkaisu EPA-550-B-99-009, huhtikuu 1999. Ohjeet ulkopuolisten seurausten analysointiin arkistoitu 24. helmikuuta 2006 Wayback Machinessa
↑ Vaarallisten aineiden (nesteiden ja kaasujen) vapautumisesta johtuvien fysikaalisten vaikutusten laskentamenetelmät , PGS2 CPR 14E, luku 2, Alankomaiden soveltavan tieteellisen tutkimuksen järjestö, Haag, 2005. PGS2 CPR 14E Arkistoitu elokuussa 9 alkuperäisestä , 2007.
↑ 1 2 http://p-supply.ru/diafragma.html Arkistoitu 27. maaliskuuta 2009 the Wayback Machine Diaphragms for flowmeters

Linkit

GOST 8.563.1-97 (ei enää voimassa Venäjän federaatiossa)