Количество жидкости, газа или пара, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени, называется расходом этого вещества. В зависимости от того, в каких единицах он измеряется, различают объемный и массовый расходы. Измерение и контроль расхода и количества веществ с целью управления ими способствует повышению качества продукции, проведению научных исследований. В промышленности наиболее часто применяют расходомеры переменного перепада давления, постоянного перепада давления, электромагнитные и переменного уровня.
Принцип работы расходомеров переменного перепада давления основан на том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад давления, создаваемый сужающий поток устройством, установленным в трубопроводе (рис. 1).
Расходомер переменного перепада давления с сужающим устройством состоит из установленного на трубопроводе сужающего устройства (СУ) 1, соединительных трубок 2 и измерителя перепада давления, например U-образного дифманометра 3. При прохождении вещества через СУ средняя скорость потока увеличивается (рис. 1, б); часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую.
В результате этого статическое давление потока после СУ уменьшается, что вызывает перепад давления на нем (рис. 1, в). Сжатие потока начинается перед СУ за сечением 1-1 и достигает наибольшей величины на некотором расстоянии от СУ в сечении 2-2, затем струя расширяется до полного сечения трубопровода.
Рис. 1.
Статическое давление потока около стенки трубопровода при подходе к СУ возрастает, что обусловлено подпором, и понижается до минимума в месте наибольшего сужения струи. Далее, по мере расширения струи давление потока около стенок повышается, но не достигает прежнего значения на величину потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (сечение 3-3).
Перепад давления на СУ зависит от расхода протекающего вещества и может служить мерой расхода.
Для установления зависимости расхода вещества от перепада давления на СУ запишем закон сохранения энергии, и уравнение неразрывности струи для сечений 1-1 и 2-2:
(1)
(2)
где P’1 и P’2 - абсолютные статические давления в сечениях 1-1 и 2-2, Па; и W - средние скорости потока в этих же сечениях; A1 и А2 - площади сечений потоков; ρ - плотность вещества. Введем безразмерные величины: - модуль СУ; μ = A2/A0 - коэффициент сужения струи (где А0 - площадь отверстия СУ, d - диаметр СУ, D - диаметр трубопровода). Совместное решение уравнений (2) и (3) дает:
. (3)
Обычно перепад давления измеряют не в сечениях А-А и В-В (т. е. не ), а непосредственно до и после сужающего устройства, а именно DP = P1 - P2. Соотношение между указанными перепадами устанавливается с помощью поправочного коэффициента y, т.е.
.
Тогда уравнение (4) примет вид.
, (4)
где Р1 и Р2 - перепад давления непосредственно у торцов СУ, Па.
Объемный расход Q равен
или
Введем обозначение . Эта величина учитывает расхождение теоретического и действительного расходов вещества, протекающего по трубопроводу, и называется коэффициентом расхода. Тогда объемный расход выразится:
Разработка системы бесконтактного термометрирования поршня ДВС
Прогнозирование развития какого-либо процесса на основе существующих
данных является важным вопросом в любой предметной области. В настоящее время
существуют различные системы моделирова ...
Расчет радиотелевизионной аппаратуры
Изобретение радиосвязи - одно из самых выдающихся
достижений человеческой мысли и научно-технического прогресса. Потребность в
совершенствовании средств связи, в частности установлен ...
Разработка схемы функциональной информационно-измерительной системы
АБС
состоит из следующих основных компонентов:
Датчики
скорости либо ускорения (замедления), установленные на ступицах колёс
транспортного средства.
Управляющие
клапаны, которые ...