السلاح السري لقياس التدفق الصناعي: هل تعرف عجائب مقاييس التدفق الدوامي؟
2025-10-20
في نظام الإنتاج الصناعي، قياس التدفق هو حلقة أساسية لضمان استقرار الإنتاج وجودة المنتج والتحكم في التكاليف.ما إذا كان النقل الدقيق للمواد الخام والمنتجات في مجال البتروكيماوي، التأثير المباشر لتدفق البخار والماء على كفاءة توليد الكهرباء في صناعة الطاقة، أو مراقبة تصريف مياه الصرف الصحي وغازات الصرف الصحي في صناعة حماية البيئة،دقة بيانات التدفق تحدد بشكل مباشر نوعية تشغيل عملية الإنتاج.
من بين معدات قياس التدفق المختلفة ، أصبحت عدادات تدفق الدوران هي المعدات الأساسية لقياس التدفق الصناعي بسبب مزاياها التقنية الفريدة.يتم استخدامها على نطاق واسع في السيناريوهات الصناعية عبر مجالات متعددة وتوفير دعم بيانات رئيسية لعمليات الإنتاجستقوم المقالة التالية بتحليل مفصل حول مبدأ العمل، والخصائص التقنية، ومواصفات الاستخدام وسيناريوهات التطبيق لمقاييس تدفق الدوران،الكشف عن الجوهر التقني لقياسها الفعال.
المبدأ التقني لشارع (كارمان فورتكس)
(أ) تشكيل ظاهرة شارع فورتكس كارمان
أساس تشغيل عدادات تدفق الدوران هو ظاهرة شارع الدوران كارمان في ميكانيكا السوائل.عندما يتدفق السائل من خلال مولد الدوامة المدمج في (عادة ما يكون جسم بلف غير محكم) من عداد التدفق بسرعة محددة، تتشكل دوامات دوارة متناوبة على جانبي جسم الصخرة بسبب تأثيرات لزجة السائل والحصانة.تشكل هذه الدوامات صفين منتظمين من الدوائر مع اتجاهات دوران معاكسة أسفل النهر، والمعروفة باسم "شارع فورتكس كارمان".
تشكيل هذه الظاهرة هو نتيجة حتمية للتفاعل بين فصل الطبقة الحدودية واستقرار السائلتتشكل طبقة حدودية على سطحهاعندما يتدفق السائل، تتفرق الطبقة الحدودية في موقع محدد على الجسم الصخري، وتشكل دوامات مستقلة تتناوب أسفل النهر،.
العلاقة الكمية بين التردد وسرعة التدفق
القانون الأساسي لظاهرة شارع "كرمان فورتكس" هو أن تردد إلقاء الفورتكس يرتبط بشكل إيجابي مع سرعة السائلكلما زاد عدد الدوامات التي تتدفق من جانبي جسم الجرف في وحدة الوقت، وكلما زادت تردد إلقاء الدوران. من خلال قياس هذه التردد بدقة ، يمكن حساب سرعة السائل عكسًا.
يتم وصف العلاقة المذكورة أعلاه كمياً بالمعادلة:f = StV/dفي الصيغة:
fهو تردد دوامة كارمان على جانب واحد من مولد دوامة (وحدة: هرتز) ، والذي يعكس معدل تسرب دوامة.
Vمتوسط سرعة السائل (وحدة: m/s) ، وهو معيار القياس الأساسي.
دهو عرض مولد الدوامة (وحدة: م) ، وهو المعلم الهندسي الرئيسي لجسم الوقوع.
ستهو عدد ستروهال (غير مقاس) ، الذي يبقى ثابتًا ضمن نطاق معين من أعداد رينولدز (Re).
بالنسبة لمقاييس تدفق الدوران التقليدية ، عندما يكون Re في نطاق 102 ~ 105 ، تكون قيمة St حوالي 0.2داخل هذا النطاق، إذا كانت تردد الدوامةfوعرض مولد الدوراندالمعروفة، سرعة السائلVيمكن استخلاصها من خلال الصيغة.
(الثالث) منطق حساب معدل التدفق
بعد الحصول على سرعة السائلV، يمكن حساب معدل تدفق الحجم أو معدل تدفق الكتلة من خلال دمجها مع مساحة القسم العرضي للأنابيب.
حساب معدل تدفق الحجم: إذا كانت مساحة القسم العرضي للأنابيب هيأ(وحدة: m2) ، صيغة حساب معدل تدفق الحجمQv(وحدة: m3/s)Qv = V × Aتشير هذه الصيغة إلى أنه عندما تكون سرعة التدفق ثابتة ، كلما زادت مساحة القسم العرضي للأنابيب ، كلما زاد حجم السائل الذي يمر من خلالها لكل وحدة من الوقت.عندما تكون مساحة القسم العرضي للأنابيب ثابتة، كلما زادت سرعة التدفق، كلما زاد معدل تدفق الحجم.
حساب معدل تدفق الكتلة: بالنسبة للسيناريوهات التي تتطلب قياس معدل تدفق الكتلة ، يتم مضاعفة معدل تدفق الحجم بكمية السائلρ(وحدة: كجم/م3).Qm = Qv×ρ = V×A×ρ(وحدة Qm: kg/s).
من خلال الحسابات المذكورة أعلاه ، يمكن لمقياس تدفق الدوران تحويل إشارة تردد إلقاء الدوران إلى بيانات التدفق المطلوبة للإنتاج الصناعي ،توفير دعم البيانات لمراقبة الإنتاج وتحسينه.