W systemie produkcji przemysłowej pomiar przepływu jest kluczowym ogniwem zapewniającym stabilność produkcji, jakość produktu i kontrolę kosztów. Niezależnie od tego, czy chodzi o precyzyjny transport surowców i produktów w przemyśle petrochemicznym, bezpośredni wpływ przepływu pary i wody na wydajność wytwarzania energii w przemyśle energetycznym, czy też monitorowanie odprowadzania ścieków i gazów odlotowych w przemyśle ochrony środowiska, dokładność danych dotyczących przepływu bezpośrednio determinuje jakość działania procesu produkcyjnego.
Wśród różnych urządzeń do pomiaru przepływu, przepływomierze wirowe stały się podstawowym sprzętem do przemysłowego pomiaru przepływu ze względu na swoje unikalne zalety techniczne. Są szeroko stosowane w scenariuszach przemysłowych w wielu dziedzinach i zapewniają kluczowe wsparcie danych dla operacji produkcyjnych. Poniższy artykuł przeprowadzi szczegółową analizę wokół zasady działania, charakterystyki technicznych, specyfikacji użytkowania i scenariuszy zastosowań przepływomierzy wirowych, ujawniając techniczną istotę ich wydajnego pomiaru.
Działanie przepływomierzy wirowych opiera się na zjawisku ulicy wirowej Karmana w mechanice płynów. Gdy płyn przepływa przez wbudowany generator wirowy (zazwyczaj nieopływowe ciało rozmyte) przepływomierza z określoną prędkością, po obu stronach ciała rozmytego tworzą się naprzemienne wiry obrotowe ze względu na efekty lepkości i bezwładności płynu. Wiry te tworzą dwa regularne rzędy wirów o przeciwnych kierunkach obrotu w dół rzeki, znane jako "ulica wirowa Karmana".
Powstanie tego zjawiska jest nieuniknionym wynikiem interakcji między oddzieleniem warstwy granicznej a stabilnością płynu. Gdy płyn zbliża się do ciała rozmytego, na jego powierzchni tworzy się warstwa graniczna. Wraz z przepływem płynu warstwa graniczna oddziela się w określonym miejscu na ciele rozmytego, tworząc niezależne wiry, które naprzemiennie zrzucają się w dół rzeki, ostatecznie tworząc ulicę wirową Karmana.
Kluczowym prawem zjawiska ulicy wirowej Karmana jest to, że częstotliwość zrzucania wirów jest dodatnio skorelowana z prędkością płynu. Im wyższa prędkość płynu, tym więcej wirów zrzucanych z obu stron ciała rozmytego na jednostkę czasu i tym wyższa częstotliwość zrzucania wirów. Dokładnie mierząc tę częstotliwość, można obliczyć prędkość płynu odwrotnie.
Powyższa zależność jest ilościowo opisana wzorem: f = StV/d. We wzorze:
- f to częstotliwość wirowa Karmana po jednej stronie generatora wirowego (jednostka: Hz), która odzwierciedla szybkość zrzucania wirów;
- V to średnia prędkość płynu (jednostka: m/s), która jest kluczowym parametrem pomiaru;
- d to szerokość generatora wirowego (jednostka: m), kluczowy parametr geometryczny ciała rozmytego;
- St to liczba Strouhala (bezwymiarowa), która pozostaje stała w określonym zakresie liczby Reynoldsa (Re).
W przypadku konwencjonalnych przepływomierzy wirowych, gdy Re mieści się w zakresie 10²~10⁵, wartość St wynosi w przybliżeniu 0,2. W tym zakresie, jeśli częstotliwość wirowa f i szerokość generatora wirowego d są znane, prędkość płynu V można wyprowadzić ze wzoru.
Po uzyskaniu prędkości płynu V, natężenie przepływu objętościowego lub natężenie przepływu masowego można dalej obliczyć, łącząc je z polem przekroju poprzecznego rurociągu.
-
Obliczenie natężenia przepływu objętościowego: Jeśli pole przekroju poprzecznego rurociągu wynosi A (jednostka: m²), wzór na obliczanie natężenia przepływu objętościowego Qv (jednostka: m³/s) to Qv = V×A. Wzór ten wskazuje, że gdy prędkość przepływu jest stała, im większe pole przekroju poprzecznego rurociągu, tym większa objętość płynu przepływającego na jednostkę czasu; gdy pole przekroju poprzecznego rurociągu jest stałe, im wyższa prędkość przepływu, tym większe natężenie przepływu objętościowego.
-
Obliczenie natężenia przepływu masowego: W scenariuszach, w których wymagany jest pomiar natężenia przepływu masowego, natężenie przepływu objętościowego jest mnożone przez gęstość płynu ρ (jednostka: kg/m³). Wzór na obliczenia to Qm = Qv×ρ = V×A×ρ (jednostka Qm: kg/s).
Poprzez powyższe obliczenia, przepływomierz wirowy może przekształcić sygnał częstotliwości zrzucania wirów na dane dotyczące przepływu wymagane do produkcji przemysłowej, zapewniając wsparcie danych dla monitorowania i optymalizacji produkcji.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
