Измерении расхода методом переменного перепада давления

[Tankist]

Доброго времени суток! Уважаемы специалисты подскажите советом при измерении расхода пара (перегретый пар) методом переменного перепада давления на диафрагме установленной на паропроводе обязательно ли необходимо обеспечить прямые участки до и после диафрагмы? И к чему может привести отсутствие прямого участка наличие местных сопротивлений до диафрагмы в виде колена.

[Ryzhij]

Для того, чтобы перепад на сужающем устройстве был пропорционален квадрату скорости потока, сам поток должен быть максимально близким к ламинарному. Для этого и нужны прямые участки.
Иначе изменения будут некорректным, Вы рискуете "увидеть Землю в форме чемодана".

[Tankist]

Разве движение потока должен быть не турбулентным?

[Alex]

Здравствуйте,
методика измерения с помощью сужающих диафрагм достаточно полно раскрыта в ISO 5167, который принят также, как и ГОСТ. Текст стандарта Вы можете посмотреть, например, здесь http://focdoc.ru/up/pdf/gost/8/8.586.2-2005.pdf. Это не самая последняя версия, но для наших целей - более, чем достаточно. В основу стандарта положены следующие соображения: если Вы выполняете все требования стандарта, то получаете предсказуемую максимальную ошибку измерения.
То есть, если Вас интересует абсолютное значение расхода, требуется неукоснительное выполнение всех требований, в том числе и по прямым участкам до и после места установки диафрагмы, изложенным в пункте 6.2 стандарта. Естественно, нужно предусмотреть компенсацию по давлению и температуре.
Если же Вы согласны получить меньшую точность (что часто бывает в случае технологичесих измерений - когда Вам нужен не абсолютный расход, а отслеживание его изменений - например, в контуре регулировки температуры), Вы можете не выполнять требования стандарта, хотя, конечно же, нужен разумный компромисс, нельзя ставить диафрагму сразу после колена.
По поводу турбулентности: данный метод используется исключительно в условиях турбулентного потока.
Сужения, колена, и прочие препятствия влияют на точность измерения не потому, что они влияют на турбулентность, а ввиду того, что они закручивают поток в трубе.

[Ryzhij]

По поводу турбулентности: данный метод используется исключительно в условиях турбулентного потока.
Сужения, колена, и прочие препятствия влияют на точность измерения не потому, что они влияют на турбулентность, а ввиду того, что они закручивают поток в трубе.

Ничего не понял...
"Закручивание потока в трубе" - это, по-Вашему, что?
Не создание турбулентности?!

[Ryzhij]

Разве движение потока должен быть не турбулентным?

По крайней мере в месте установки измерительного сужающем устройства. Вы же динамический перепад на устройстве измерять собираетесь, а не на вихрях, которые непредсказуемы и нестабильны.

[Alex]

Здравствуйте, Владислав Эриевич,
я не специалист в флюидодинамике и, конечно же, зря поднял вопрос закрутки потока, для обсуждаемого вопроса это не суть важно. Тем не менее, в соответствии с ГОСТ 8.586.1-2005 (ИСО 5167-1:2003), параграф 7.2:

<quote>
7.2 Минимальная длина прямолинейных участков измерительного трубопровода
7.2.1 При входе в СУ поток должен быть стабилизированным. Поток считается стабилизированным, если длина прямолинейных участков ИТ соответствует требованиям раздела 6 соответствующей типу СУ части комплекса стандартов - ГОСТ 8.586.2, ГОСТ 8.586.3 или ГОСТ 8.586.4.
Длина прямолинейного участка после МС неопределенного типа может быть сокращена, если выполняются следующие условия:
- угол закрутки потока - менее 2° во всех точках поперечного сечения трубопровода;
- в каждой точке поперечного сечения ИТ, расположенного до СУ на длине 2 отношение местной осевой скорости потока к его максимальной осевой скорости в данном сечении отличается не более чем на ±5% от такого же отношения для стабилизированного
турбулентного потока.
<end quote>

В качестве общего соображения: Поток в трубе может быть турбулентным, но это не значит, что он абсолютно хаотичен.
Возможно, Вам будет интересно обсуждение феномена турбулентности в Википедии (например, статья "Модели турбулентности").

[Ryzhij]

Здравствуйте, Владислав Эриевич...

Вообще-то, я Вячеслав, но и Вам не хворать, Алексей! ;)
Смотрите, что получается:
Топик-стартер интересуется "почему?", а Вы отвечаете "по стандарту!".
Это нормально?!
Ладно, пусть так. Но стандарт-то как раз трактует о необходимости ламинарного потока через сужающее устройство, что обеспечивается либо прямолинейными участками трубопровода, либо специальными успокоителями потока.
Далее...
Вы полагаете, что Вы способны заранее рассчитать параметры вихревого потока в трубе, и на основании этого предложить приемлемую нестандартную методику?!
Ну-ну... Нобелевка точно будет Ваша!

[Alex]

Вячеслав Эриевич,
извините за ошибку в имени.
Сужающие диафрамы, применимые в измерении расхода перегретого пара, меряют исключительно в условиях устойчиво турбулентного движения (эти условия задаются через минимально допустимое число Рейнолдса). Это основное условие стандарта ГОСТ 8.586.2-2005 ст.1 "Область применения":
Стандарт не распространяется на диафрагмы, установленные в трубопроводах внутренним диаметром менее 0,05 м или более 1 м, и при значениях числа Рейнольдса 5000.
Тут, правда, перевод хромает, для ясности привожу оригинальный текст:
This part of ISO 5167 is applicable only to a flow which remains subsonic throughout the measuring section and where the fluid can be considered as single phase. It is not applicable to the measurement of pulsating flow. It does not cover the use of orifice plates in pipe sizes less than 50 mm or more than 1 000 mm, or for pipe Reynolds numbers below 5 000.

Если Вы сравните указанное выше предельное число Рейнолдса с тем, которое принято считать пределом для ламинарного потока (2300), то увидите, что остаётся обширная пограничная зона (от 2300 до 5000), в которой стандарт не применяется.

Для сравнения можно привести широко применяемый в измерениях расхода углеводородных газов стандарт AGA - здесь предельное число Рейнолдса чуть ниже (4000), но с гораздо большей расчётной погрешностью.
Тем не менее, существуют специальные типы диафрагм, применяемые для сильновязких жидкостей, стандарты для этих диафрагм устанавливают минимальные числа Рейнолдса в области пограничного или ламинарного потоков.

Турбулентный поток не может быть максимально близким к ламинарному - ведь теория предполагает наличие достаточно широкого диапазона числа Рейнолдса, соответствующего пограничному состоянию - когда нельзя для данного газа или жидкости определённо сказать, является ли поток турбулентным или ламинарным.

Насчёт вопроса "почему турбулентный" - потому что в технике стараются применять наиболее экономичные формы транспортировки жидкостей и газов, а технически обоснованные скорости лежат в области турбулентного движения. Поэтому стандартизаторы концентрируют свои усилия именно на таких условиях транспортировки. Так как применение тех же методов к ламинарным потокам даёт значительно отличающиеся результаты измерений, стандартизирующие органы "отсекают" менее интересные области применения, в которых применение тех же самых методов дало бы слишком большую погрешность..