اندازه گیری جریان سیالات در صنعت – بخش ۵

اندازه گیری جریان سیالات در صنعت – بخش ۵

نویسنده : مهندس محمد حسن موحدی

 

اندازه­ گیری جریان سیالات و ویژگی­ هر یک از روش هایی که برای انجام این کار ارایه شده است موضوعی است که در بسیاری از صنایع امری حساس و مورد توجه است، به ویژه در جایی که این اندازه گیری به منظور فروش انجام می­ گیرد. اندازه­ گیری جریان سیال در صنایع به روش ­های مختلف انجام می­ شود که هر روش مبتنی بر یک یا چند اصل فیزکی است.

در این بخش از مقاله که در ادامه تقدیم حضور شده است به تقسیم بندی روش ­های اندازه ­گیری از نظر کاربرد خواهیم پرداخت.

۳-۱. تکنیک­ های اندازه­ گیری جریان سیالات

قبل از ورود به بحث تکنیک­ های اندازه ­گیری جریان سیالات، ابتدا تقسیم­ بندی اندازه ­گیری از نظر کاربرد آن بیان می­ شود. اندازه ­گیری جریان سیالات، با توجه به کاربرد به دو منظور و در دو حالت کلی انجام می شود [۱]:

  • اندازه گیری جریان سیال داخل لوله­ های بسته (شامل ۷۰% از کل اندازه­ گیری­ های جریان):
    • ۶۵% مایعات
    • ۳۵% گازها و سیالات دوفاز
  • اندازه­ گیری جریان کانال ­ها و لوله های باز (شامل ۳۰% از کل اندازه ­گیری­ های جریان):
    • ۹۵% مایعات
    • ۵% مایعات دوغابی و جامدات

 

روش ­های اندازه­ گیری جریان سیالات داخل لوله اندازه ­گیری جریان سیال داخل لوله خود به دو دسته­ کلی تقسیم بندی می ­شود:

  • روش­ های حجمی[۱] :
    • روش ­های مستقیم
    • روش ­های غیرمستقیم
  • روش­ های جرمی[۲]:
    • روش­ های مستقیم
    • روش­ های غیر مستقیم

 

روش­ های اندازه ­گیری حجمی روش­ های اندازه­ گیری حجمی جریان سیالات خود به دو دسته­ مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می­ شود که در ادامه زیرگروه های هر کدام نیز ذکر شده است:

  • مستقیم:
  1. جابجایی مثبت[۳] (PD)
  • غیر مستقیم:
  1. فشار تفاضلی[۴] (DP)
  2. سطح متغیر[۵]
  3. توربینی
  4. ورتکس[۶]
  5. الکترومغناطیسی
  6. التراسونیک

روش ­های اندازه­ گیری جرمی روش ­های اندازه­ گیری جرمی جریان سیالات خود به دو دسته مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می شود که در ادامه زیرگروه ­های هر کدام بیان شده است:

  • مستقیم:
  1. کوریولیس[۷]
  2. حرارتی
  3. اندازه ­گیری وزن
  4. حالت جامد[۸]
  • غیر مستقیم:
  1. محاسبه­ جرم (اندازه ­گیری مجزای دبی، فشار و حرارت)

 

اندازه­ گیری جریان سیال در کانال­ ها و لوله های باز اندازه ­گیری جریان سیالات داخل کانال­ ها و لوله ­های باز شامل دو گروه زیر می ­شود:

  • اندازه ­گیری جریان آب در کانال­ ها، قنات ­ها و …
  • اندازه­ گیری جریان رودبندها و سرریز سدها

اما در ادامه­ متن تنها به روش­ های پرکاربرد اندازه ­گیری جریان سیالات داخل لوله پرداخته خواهد شد. به این منظور پنج تکنیک زیر که هم در روش­ های مستقیم و هم در روش ­های غیر مستقیم دسته­ بندی می­ شوند مورد بررسی قرار خواهد گرفت. قابل ذکر است که در هر تکنیک ممکن است روش ­ها و دستگاه­ های متفاوتی معمول باشد که در جای خود به هر کدام خواهیم پرداخت. این پنج تکنیک عبارتند از:

  • اندازه ­گیری جریان به روش حجمی[۹]
  • اندازه ­گیری جریان به روش اختلاف فشار[۱۰]
  • اندازه ­گیری جریان به کمک شاخص نیروی ایجاد شده توسط جریان سیال[۱۱]
  • اندازه ­گیری جریان به کمک شاخص سرعت سیال[۱۲]
  • اندازه­ گیری جریان سیال به کمک شاخص جرم سیال[۱۳]

اما انتخاب نوع تکنیک اندازه ­گیری به موارد زیر بستگی دارد [۱]:

  • نوع سیال
  • رفتار سیال
  • شرایط فرآیند
  • میزان جریان
  • سایز لوله
  • نوع کاربرد اندازه­ گیری

بعد از انتخاب تکنیک مناسب، نوبت به انتخاب دستگاه مورد نظر می­ رسد. در بخش­ های بعدی، انتخاب فناوری و نوع دستگاه اندازه ­گیری جریان سیالات به تفسیر بیان خواهد شد.

  1. گزیده­ هایی از مباحث مکانیک سیالات

مبحث مکانیک سیالات به عنوان یک درس دانشگاهی در رشته ­های مهندسی مکانیک و مهندسی شیمی مطرح بوده و در این بخش تنها گزیده­ای مختصر از مطالب مکانیک سیالات که در علم اندازه­ گیریِ جریان سیالات کاربرد دارد انتخاب و به­ طور اجمالی به آن پرداخته خواهد شد. به ­این ­منظور تنها به چند تعریف ابتدایی بسنده خواهد شد. یادآوری می­ نماید تعاریفی که در ادامه می­ آید، بیشتر محدود می­ شود به مباحث مربوط به خواص سیالات (اعم از گازها و مایعات) در لوله ­ها که در اندازه گیری جریان با آن سر و کار داریم.

 

۲-۱. عوامل مؤثر بر جریان سیال

 پروفایل و ویژگی­ های جریان سیال[۱۴] داخل لوله به عوامل زیر بستگی دارد:

  • سرعت سیال[۱۵]
  • اصطکاک بین سیال و جداره­ی لوله[۱۶]
  • گران­روی سیال[۱۷]
  • چگالی سیال[۱۸]

چهار عامل بالا، عواملی ­اند که بر میزان جریان سیال داخل لوله تأثیرگذارند. در ادامه، هر کدام از این عوامل به اختصار شرح داده می­ شود.

سرعت سیال – میزان سرعت سیال، به محتوای انرژی سیال که خود تابعی از فشار سیال موجود در لوله است بستگی دارد. این انرژی در مایعات توسط پمپ یا به لحاظ وجود ستون مایع و در گازها توسط کمپرسور تولید می ­شود. بدیهی است که هر چه فشار استاتیکی بیشتر باشد، محتوای انرژی سیال نیز زیادتر خواهد شد. قطعاً عواملی هم­چون نسبت اندازه­ لوله به جریان عبوری از خط لوله بر روی سرعت سیال و افت فشار ناشی از اصطکاک عبور سیال تأثیر خواهد گذاشت.

انرژی سیال عبوری از لوله خود شامل سه انرژی می­ شود:

انرژی سیال = انرژی استاتیک + انرژی جنبشی + انرژی داخلی سیال

انرژی استاتیک[۱۹] همان انرژی حاصل از فشار ستون مایع به انضمام فشارعملیاتی سیال است.

انرژی جنبشی[۲۰] همان انرژی حاصل از سرعت سیال در خط لوله است.

انرژی داخلی سیال محتوای انرژی یک سامانه است که تابعی از حالت ماده بوده (یعنی دما و فشار و جرم سیال) ولی تابع مسیر نمی­ باشد[۲۱].

اصطکاک بین سیال و جداره­ لوله میزان این اصطکاک به جنس لوله و ضریب زبری جداره­ لوله و جنس سیال بستگی دارد. هر چه اصطکاک بیشتر باشد، میزان جریان سیال نیز بیشتر کاهش می­یابد.

 

گران ­روی سیال گران ­روی سیال با سرعت و در نتیجه میزان جریان سیال، نسبت معکوس دارد. از جانب دیگر، تغییرات گران­ روی بستگی به تغییرات دما دارد. برای مثال در اغلب مایعات افزایش دما سبب کاهش گران­ روی و در نتیجه افزایش نسبی جریان خواهد شد و در گازها عکس این حالت اتفاق می­افتد.

اندازه گیری جریان , روش های اندازه گیری , عوامل مؤثر بر جریان سیال , flowmeter
شکل ۱- ارتباط گران ­روی سیالات با تغییرات دما
(در گازها تغییرات چسبندگی نسبت به دما عکس حالت مایعات است)

 

[۱]  Volumetric

[2]  Mass

[3] Positive displacement (PD Meter)

[4]  Differential Pressure

[5] Variable Area flowmeter

[6] Vortex

[7] Coriolis

[8] Solid type

[9]  Volumetric Flowmeter

[10]  Head Meter

[11]  Forced Balance Flowmeter

[12]  Velocity Flowmeter

[13]  Mass Flowmeter

[14]  Flow Rate

[15]  Velocity

[16]  Friction Factor

[17]  Viscosity

[18]  Density

[19]  Static Energy

[20]  Kinetic Energy

[21]  State function & extensive properties

درباره مدیر سایت

بررسی بیشتر

اینترنت اشیاء (IoT) – بخش سوم

سرچشمه اینترنت اشیا: چگونگی آغاز آن نویسندگان مقاله: مهندس حمید بهنگار مهندس پژمان کبیری بخش  …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *