تاریخچه فلومتر ونتوری
اصل این دستگاه اندازه گیری جریان برای اولین بار توسط JB Venturi در سال 1797 در ایتالیا ثبت شد. اصولی که این دستگاه ها بر اساس آن کار می کنند این است که وقتی سطح مقطع جریان کاهش می یابد مقداری از هد فشار به سرعت تبدیل می شود (معادله برنولی). بنابراین، دیفرانسیل سر را می توان بین بخش بالادست و بخش گلو اندازه گیری کرد تا سرعت جریان را تخمین بزند، و این را می توان در سطح جریان ضرب کرد تا به مقدار دبی رسید. مقطع همگرا معمولاً حدود 21 درجه است و مقطع واگرا معمولاً از 5 درجه تا 7 درجه است.
در بسیاری از فرآیندهای صنعتی امروزی، اندازه گیری دقیق سرعت جریان سیال در یک سیستم به عنوان یک کل یا جزئی ضروری است. این به طور یکسان در مورد گازها و مایعات (مانند دی اکسید کربن، نیتروژن، مشروبات الکلی و غیره) که بخشی جدایی ناپذیر از فرآیند هستند، یا در مورد هوا، آب یا بخار فشرده که برای عملکرد کارخانه اساسی هستند، صدق می کند. نصب هر فلومتر به یکی از دو روش قابل توجیه است.
1. کنترل فرآیند
در اینجا از فلومتر برای اندازه گیری میزان جریان سیال یا انرژی استفاده می شود تا فرآیند کنترل شود و بنابراین اطمینان حاصل شود که محصول نهایی از کیفیت لازم برخوردار است. یک مثال رایج از این امر در سیستم های تزریق بخار برای صنعت خوراک دام...بخار زیاد و محصول گلوله نمی شود...بخار کم و مواد خام پردازش نمی شود و ممکن است به ماشین آلات تولید آسیب برساند.
2. تخصیص هزینه
در جایی که انرژی برای تامین گرمایش فرآیند یا فضا استفاده می شود، ضروری است که بدانیم هزینه های مرتبط با انرژی واقعاً کجا متحمل می شوند. فلومترینگ اجازه می دهد تا هزینه های انرژی به یک محصول، بخش یا کاربر خاص تخصیص داده شود که معمولاً منجر به کاهش قابل توجه هزینه کل انرژی می شود.
درک میزان جریان لوله توسط فلومتر ونچوری
اصطلاح نرخ جریان لوله اغلب برای اشاره به نرخ جریان برای هر جریان مجرای بسته تحت فشار استفاده می شود. مجرای بسته اغلب دایره ای است، اما ممکن است مربع یا مستطیل مانند مجرای گرمایش نیز باشد. دسته اصلی دیگر جریان، جریان کانال باز است، که زمانی رخ می دهد که یک سطح مایع آزاد در برابر فشار اتمسفر باز باشد.
اندازه‌گیری نرخ جریان سیال تحت فشار برای اهداف مختلفی مانند صدور صورت‌حساب برای تامین آب منازل یا مشاغل، یا برای نظارت یا کنترل فرآیند طیف گسترده‌ای از فرآیندهای صنعتی که شامل جریان سیال است، انجام می‌شود.
اندازه گیری جریان لوله اغلب با یک دبی سنج فشار تفاضلی مانند دهانه، نازل جریان و ونترو متر انجام می شود. متر ونتوری در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است.
برای هر نوع، انقباض در مسیر جریان باعث افت فشار در سراسر کنتور می شود. افت فشار را می توان اندازه گیری کرد و با سرعت جریان همبستگی داشت.
اصل ونچوری و معادله برنولی
فلومتر تولید دیفرانسیل یا Venturi سابقه طولانی در استفاده در بسیاری از کاربردها دارد. ونچوری به دلیل سادگی و قابل اعتماد بودن، یکی از رایج ترین فلومترها است. بدون قطعات متحرک یا محدودیت جریان ناگهانی، Venturi می تواند دبی سیال را با حداقل افت فشار کل اندازه گیری کند.
اصل کارکرد فلومتر ونتوری اثر برنولی است. Venturi با کاهش سطح مقطع جریان در مسیر جریان و ایجاد اختلاف فشار، دبی سیال را اندازه گیری می کند. پس از ایجاد اختلاف فشار، سیال از یک بخش خروجی بازیابی فشار عبور می کند که در آن تا 80٪ از فشار دیفرانسیل تولید شده در گلو بازیابی می شود.
اصل ونچوری
افزایش سرعت سیال منجر به کاهش فشار داخلی می شود.
در تصویر بالا، سیال، اعم از مایع یا گاز، در محل با سطح مقطع A 1 ، فشار P 1 و سرعت v 1 وارد ونتوری می شود . این خواص پتانسیل و انرژی جنبشی سیال را در یک مکان تشکیل می دهند. انرژی در یک سیستم بسته حفظ می شود، یعنی مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی در یک مکان باید با مجموع پتانسیل و انرژی جنبشی در هر مکان دیگر در سیستم برابر باشد.
اگر انرژی پتانسیل در یک مکان کاهش یابد، انرژی جنبشی باید به طور متناسب در آن مکان افزایش یابد. مایع در حال حاضر با یک ناحیه جدید A 2 وارد گلوی Venturi می شود که کوچکتر از A 1 است . در یک سیستم بسته جرم را نه می توان ایجاد کرد و نه از بین برد (قانون بقای جرم، به سادگی، آنچه وارد می شود، باید خارج شود)، و به این ترتیب، دبی حجمی در ناحیه A 1 باید با دبی حجمی در ناحیه A 2 برابر باشد .
اگر منطقه در محل A 2 کوچکتر از A 1 باشد ، سیال باید سریعتر حرکت کند تا دبی حجمی یکسانی را حفظ کند. این افزایش سرعت منجر به کاهش فشار می شود که از معادله برنولی پیروی می کند. نتیجه.. با دانستن فشار و سطح مقطع در دو مکان می توان سرعت سیال را محاسبه کرد. با سرعت سیال و چگالی آن می توان دبی را محاسبه کرد.
یک Venturi برای تعیین دقیق جریان به دو فشار و یک اندازه گیری دما نیاز دارد. فشار اول در مکان بالادست ونتوری، P 1 اندازه گیری می شود . این برای محاسبه چگالی و ورودی سمت بالا به اندازه گیری فشار دیفرانسیل استفاده می شود.
استاندارد فلومتر ونچوری
ISO 5167-3:2003 هندسه و روش استفاده (نصب و شرایط عملیاتی) نازل ها و نازل های Venturi را زمانی که در مجرای پر کار قرار می گیرند برای تعیین سرعت جریان سیال در مجرا، مشخص می کند.
ISO 5167-3:2003 همچنین اطلاعات زمینه ای را برای محاسبه نرخ جریان ارائه می دهد و در ارتباط با الزامات ارائه شده در ISO 5167-1 قابل اجرا است.
ISO 5167-3:2003 برای نازل‌ها و نازل‌های Venturi که در آنها جریان مادون صوت در سراسر بخش اندازه‌گیری باقی می‌ماند و سیال را می‌توان به عنوان تک فاز در نظر گرفت، کاربرد دارد. علاوه بر این، هر یک از دستگاه ها فقط در محدوده های مشخص شده اندازه لوله و تعداد رینولدز قابل استفاده هستند. برای اندازه گیری جریان ضربانی کاربرد ندارد. استفاده از نازل ها و نازل های Venturi در اندازه لوله های کمتر از 50 میلی متر یا بیشتر از 630 میلی متر یا برای لوله های رینولدز زیر 10000 را پوشش نمی دهد.
ISO 5167-3:2003 با دو نوع نازل استاندارد سروکار دارد، نازل ISA 1932 و نازل شعاع بلند و همچنین نازل Venturi.
دو نوع نازل استاندارد اساساً متفاوت هستند و به طور جداگانه در ISO 5167-3:2003 شرح داده شده اند. نازل Venturi همان صفحه بالادست نازل ISA 1932 را دارد، اما دارای یک بخش واگرا و بنابراین، مکان متفاوتی برای فشارهای پایین دست است و به طور جداگانه توضیح داده شده است. این طرح نسبت به یک نازل مشابه افت فشار کمتری دارد.
برای هر دوی این نازل‌ها و برای نازل ونتوری آزمایش‌های کالیبراسیون مستقیم، از نظر تعداد، گسترش و کیفیت کافی انجام شده است تا سیستم‌های کاربردی منسجم را بر اساس نتایج و ضرایب آنها با محدودیت‌های قابل پیش‌بینی مشخصی از عدم قطعیت ارائه کنند.
استاندارد BS 1042-1-1.2 اندازه گیری جریان سیال در مجرای بسته را مشخص می کند. دستگاه های دیفرانسیل فشار مشخصات صفحات و نازل های دهانه مربعی (با سوراخ های تخلیه، در لوله های کمتر از 50 میلی متر، به عنوان دستگاه های ورودی و خروجی) و سایر صفحات روزنه ای.
هندسه و روش استفاده برای صفحات دهانه ورودی مخروطی، صفحات روزنه ربع دایره و صفحات دهانه خارج از مرکز. همچنین صفحات و نازل های دهانه مربعی خارج از محدوده BS 1042: بخش 1.1.
استاندارد ASME MFC-3M هندسه و روش استفاده (نصب و شرایط جریان) را برای صفحات روزنه‌ای، نازل‌ها و لوله‌های Venturi زمانی که در مجرای پر کار قرار می‌گیرند، مشخص می‌کند تا میزان جریان سیال را تعیین کند. همچنین اطلاعات لازم برای محاسبه نرخ جریان و عدم قطعیت مربوط به آن را می دهد.
این فقط برای دستگاه‌های اختلاف فشار اعمال می‌شود که در آنها جریان آشفته و مادون صوت در سراسر بخش اندازه‌گیری ثابت است یا فقط به آرامی با زمان تغییر می‌کند و سیال تک فاز در نظر گرفته می‌شود. علاوه بر این، عدم قطعیت‌ها در بخش‌های مناسب این استاندارد برای هر یک از این دستگاه‌ها، در محدوده اندازه لوله و تعداد رینولدز مشخص شده‌اند.
این به دستگاه هایی می پردازد که برای آنها کالیبراسیون های کافی برای فعال کردن مشخصات سیستم های کاربردی منسجم و امکان انجام محاسبات با محدودیت های قابل پیش بینی مشخصی از عدم قطعیت انجام شده است. وسایل وارد شده به لوله را دستگاه های اولیه می نامند. اصطلاح دستگاه اولیه همچنین شامل شیرهای فشار و لوله های بالادست و پایین دست مربوطه می شود.
سایر ابزارها یا وسایل مورد نیاز برای اندازه گیری یا انتقال فشارهای تفاضلی به عنوان عناصر ثانویه شناخته می شوند و در ترکیب آنها به عنوان دستگاه های ثانویه شناخته می شوند. این استاندارد دستگاه های اولیه را پوشش می دهد. دستگاه های ثانویه فقط گاهی ذکر خواهند شد.
دستگاه های اولیه زیر در این استاندارد پوشش داده شده است. (الف) صفحات روزنه ای، که می توانند با ترتیبات زیر شیرهای فشار استفاده شوند. (1) شیرهای فشار فلنجی، (2) شیرهای فشار D و D/2، (3) ) شیرهای فشار گوشه. (ب) نازل ها.. (1) نازل های شعاع بلند ASME. (ج) لوله های ونتوری.. (1) لوله های ونتوری کلاسیک.
این استاندارد اندازه لوله یا مجرای کمتر از 50 میلی متر (2 اینچ) اسمی را ندارد.
این استاندارد برای اندازه گیری کد آزمون عملکرد ASME اعمال نمی شود.
این استاندارد برای اندازه گیری جریان هر سیال (مایع، بخار یا گاز) قابل اجرا است.
منابع:
