نام و نام خانوادگی:            محمد مهدی محمودی وند آزمایش:04/09/1392  

کلاس:2A3         شماره:3   

عنوان: اندازه گیری جریان سیالات                    هدف: اندازه کیری جریان آب به وسیله اری فیس متر

تئوری:

اندازه گیری شدت جریان

اندازه گیری شدت جریان در یک سیستم انتقال مایع بخش مهمی از عملیات را شامل می شود.به علاوه اندازه گیری در حین عملیات واقعی برای اطمینان از عملکرد سیستم در جهت پیش بینی شده الزامی است.

چندین وسیله اندازه گیری جریان وجود دارد که ضمن ارزان بودن به طور غیرمستقیم شدت جریان جرمی و سرعت را اندازه می گیرند شامل:

1- لوله پیستو

2- اریفیس متر

3- لوله ونتوری

در هر سه روش بخشی از اندازه گیری شامل اختلاف فشار است.

وسیله ای که غالباً برای این هدف استفاده می شود :

 مانومتر( لولهu شکل):

لوله با قطر كم و ثابت به شكل u لاتين كه باسيالى به نام سيال مانومتر پر مى شود که حاوی آب یا جيوه بوده که  به نوع كاربرد بستگی دارد.طول بازوهای مانومتر هیچ تآثیری روی فشار اندازه گیری ندارد.

برای تحلیل فشار در مکان های مختلف مانومتر  احتساب فشار در نقاط انتخاب شده با شروع از یک طرف مانومتر و ادامه ان تا طرف دیگر است . 

در اندازه گیری فشار در جریان سیال معمولاٌ با سه نوع فشار مواجه هستیم :

1.فشار استاتیک

2.فشار دینامیک

3.فشار سکون 

-فشار استاتیک همان فشار ترمودینامیک واقعی که توسط اولین جمله معادله برنولی بیان می شود .یک روش معمول برای اندازه گیری فشار استاتیک از طریق تعبیه سوراخی در کانال می باشد.

فشار ديناميك به فشار ناشی از انرژی جنبشی سیال فشار دینامیکی گویند.

لوله پیتو:

یک حسگر رایج برای اندازه گیری سرعت سیال است. اصل طراحی آن بر پایه وجود فشارهای سکون و استاتیک ، هنگامی که یک جسم در سیال جاری قرار دارد استوار است.

سیستم از دو لوله هم محور کوچک که هر کدام خروجی مجزایی مرتبط هستند تشکیل یافته .سوراخ ورودی لوله داخلی مستقیماٌ در مسیر جریان سیال قرار دارد در حالی که ورودی لوله خارجی یک یا چند سوراخ است که در محیط لوله خارجی تعبیه شده است. خروجی های لوله پیتو جهت اندازه گیری اختلاف فشار به مانومتر متصل شده اند.

اریفیس متر:

با گذاشتن یک مانع (محدودیت) با ابعاد معلوم در برابر جریان در یک لوله می توان از فشار در دو طرف مانع و سرعت از میان مانع برای اندازه گیری شدت جریان سیال استفاده نمود. اریفیس متر حلقه ای که در یک لوله قرار داده می شود و مساحت سطع مقطع لوله را به یک مقدار معلوم کاهش می دهد. با نصب مبدل فشار (تراند یوسد) در مکان های بالا دست و پایین دست اریفیس تغییرات فشار را اندازه گیری می شود.

اگر از مانومتر  براى تعیین افت فشار استفاده کنیم مقدار ضریب اریفیس C تابع :

1.محل دقیق فشار سنج ها

2. عدد رینولدز

3. نسبت قطر لوله به قطر اریفیس 

ونتوری متر:

برای کاهش اتلاف انرژی که در اثر اصطکاک ایجاد شده توسط انقباض ناگهانی جریان در یک اریفیس متر به وجود می اید.

تفاوت ونتوری متر و اریفیس متر:

1-ونتوری باید برای اطمینان از زاویه دمای مناسب ورودی و خروجی از ونتوری کاملاٌ رقیق باشد

2-ونتوری متر به طول مشخصی از لوله جهت نصب نیاز دارد.

3- اریفیس متر ارزان تر بوده و طراحی ان از ونتوری متر ساده تر است

روتامتر: 

در این وسیله ارتفاع شاقول که شناورهم نامیده می شود در یک لوله مخروطی نشان دهنده شدت جریان می باشد. شناور در یک لوله مخروطی که بزرگترین قطر آن در سمت بالا قرار دارد به طرف بالا و پایین حرکت وسیال از پایین به طرف بالا جریان دارد و شناور را به طرف بالا می راند. چون شناور چگالی بیشتری دارد معلق می ماند تا زمانی که فشار بتدریج افزایش یابد و اثر شناوری سیال شاقول را به سمت بالا جابجا کند وبعد سیال بین شناور ودیواره لوله جریان می یابد و همانطور که مسیر عبور جریان افزایش می یابد یک تعادل مکانیکی میان مکان شناور و اختلاف فشار در دو طرف ان و نیروهای شناور برقرار میشود.بنابراین جریان سیال را می توان اندازه گیری نمود.

جنس ماده ایی که لوله آنان ساخته می شود  شیشه ای ، اکریلیک، فلزی می باشد.

شناور :

گوی شکل : برای اندازه گیری شدت جریان های پایین تر

آئرودینامیک: شدت جریان های بالاتر و کاربردهاییکه مستلزم دقت بالا با گرانروی ثابت است.

جنس موادی که شناور از آن ساخته می شود شیشه سیاه، یاقوت کبود، فولاد ضد زنگ ، تنگستن می باشد.

ظرفیت روتارومترها بر حسب 2 سیال:

1.    اب در دمای 20 درجه سانتیگراد

2.    هوا در دماي 20 درجه و در فشار101.3Kpa

مزیت روتامتر بر اریفیس متر:

1.    به توزیع سرعت در جریان سیال متحرک حساس نیست .

2.    در نصب آن نیاز به بخش مستقیم لوله در بالا و پایین وسیله اندازه گیری نیست.

3.    در محدوده گسترده ایی از جریان تکرارپذیری خوبی می دهد.

4.    برای نیازهای خاص مانند حجم کم و فشار زیاد نیز قابل رشد هستند.

چند روش دیگر برای کابردهای ویژه صنایع غذایی:

1.  جابجایی حجمی به عنوان یک  اصل اندازه گیری جریان ، از یک محفظ اندازه گیری با حجم معلوم که حاوی یک موتور دوار است استفاده می کند. همانطور که جریان از میان محفظه هدایت می شود روتور می چرخد و حجم معلومی از سیال را جابجا می کند .شدت جریان توسط نمایش  تعداد دورهای روتور و احتساب حجم در هر دور اندازه گیری می شود.

2.  از فراصوت به عنوان مکانیسم حسگر استفاده می کند .معمولاٌ دراین روش ها از پاسخ یک موج هدایت شده با فرکانس بالا به سمت جریان استفاده می کنند.

3.  استفاده از گرداب های ایجاد شده ناشی از قرار دادن یک جسم نامنظم شکل در مسیر جریان است. چون گرداب ها با فرکانس که تابع شدت جریان است به سمت پایین حرکت می کند از این فرکانس به عنوان معیاری از شدت جریان استفاده نمود. معمولاٌ با قرار دادن ترمیستورهای داغ در مسیر گرداب و ثبت شدت های سرد شدن انها می توان این فرکانس ها را اندازه گیری نمود

4.  شدت جریان در یک لوله با قرار دادن یک چرخ توربینی در مسیر جریان نیز اندازه گیری می شود در حالی که شدت جریان تغییر می کند سرعت چرخش نیز متناسب با ان تغییر می کند اندازه گیری دوران با استفاده از آهن رباهای کوچکی که به بخش چرخان توربین متصل هستند انجام می شود. آهن رباها ضربانی را تولید می کند که به وسیله مدار مارپیچ که در دیواره خارجی لوله قرار گرفته است دریافت وثبت می شود . 

 فلومترهای اختلاف فشار (اختلاف حد)

(Differential – pressure (Differential Head) Flow Meters):

گاهی اوقات می توان یک کمیت را از طریق کمیتی مرتبط با آن اندازه گیری نمود. اندازه گیری فلو مترادف با اندازه گیری سرعت است و اندازه گیری سرعت معمولا نیاز به اجزا و قطعات مکانیکی و متحرک دارد که به دنبال آن استهلاک و نیاز به تعمیر و سرویس مطرح می شود. با اندازه گیری فلو از طریق فشار می توان اجزا و قطعات متحرک را حذف نمود و دوام و استحکام اندازه گیر را بالا برد ، به علاوه چنین طرحی معمولا ساده تر و ارزان تر است.

یک سیال تحت فشار و در حال حرکت در یک لوله دارای سه نوع انرژی است:

 انرژی پتانسیل ( h)، انرژی جنبشی ( υ²)و انرژی فشاری ( P). قانون برنولی در واقع اصل بقای انرژی در سیالات است و رابطه به صورت زیر بیان می شود:

" جمع انرژی جنبشی ، انرژی پتانسیل و انرژی فشاری در یک سیال ثابت است."

بنابراین با ثابت بودن انرژی پتانسیل اگر انرژی جنبشی افزایش یابد ، آنگاه انرژی فشاری کاهش خواهد یافت. به بیان دیگر اگر سرعت سیال (انرژی جنبشی) را افزایش دهیم ، فشار (انرژی فشاری) کم می شود. 

  گلوگاه دارای صفحه ی اریفیس دار (Orifice Plate Restriction):

1. گلوگاه صفحه ای اریفیس دار یک صفحه ی فلزی نازک و دایره ای می باشد ، که در وسط آن سوراخی تعبیه شده است. اریفیس در لوله به صورتی واقع می شود که محور آن با محور لوله منطبق باشد. البته اریفیس هایی که هم محور با محور لوله قرار نگرفته باشند نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

مقطع خطوط جریان سیال پیش از اریفیس کم کم باریک می شود و این باریک شدن تا فاصله ی اندکی پس از اریفیس نیز ادامه دارد تا این که مقطع جریان سیال به حد اقل می رسد. از این نقطه به بعد سطح مقطع جریان سیال به تدریج افزایش پیدا می کند ، تا قطر لوله کاملا پر شود. در این وسیله فشار بعد از محل صفحه ی اریفیس دار با فشار اصلی (یعنی فشار پیش از نقطه ی جمع شدن خطوط جریان) هرگز برابر نمی شود.

در زمانی که سیال از یک صفحه ی اریفیس دار عبور می کند ، در اطراف لبه ی سوراخ صفحه ، ناحیه ای ایجاد می شود که اصطلاحا ناحیه ی راکد (Stagnant Zone) نامیده می شود و در این ناحیه به علت اختلاف فشار های موجود ، حالتی از برگشت خطوط جریان ایجاد می شود  که اصطلاحا جریان ثانویه یا جریان گردابی نامیده می شود. از آن جایی که سیال لزج (گرانرو) است و نیز حرکت جریان اولیه در خلاف جهت حرکت ثانویه است ، مقداری از انرژی جذب شده و در نتیجه قسمت قابل توجهی از فشار سیال افت می کند. در اثر تغییر در امتداد حرکت خطوط جریان سیال نیز افت فشار ایجاد می شود ، اما مقدار آن نسبت به افت فشار ناشی از جریان های برگشتی قابل ملاحظه نیست.

فشار های استاتیک P1 و P2 در قبل و بعد از صفحه ی اریفیس دار ، با استفاده از مجراهایی حس می شوند که در زاویه ی بین صفحه ی اریفیس دار و سطح داخلی لوله قرار دارند. این مجراها را «مجراهای حس کننده ی فشار یا مجراهای گوشه ای» (Corner Taps) می نامند ؛ البته ممکن است که این مجراهای حس کننده ی فشار در جایی غیر از گوشه ها نیز قرار گیرند. در طرح این گونه فلو متر ها نسبت قطر روزنه به قطر لوله را برای مایعات حدود 15/0 تا 75/0 و برای گازها حدود 02/0 تا 07/0 در نظر می گیرند.

 اریفیس ها با توجه به ماده ای که برای اندازه گیری آن به کار رفته اند ، در اشکال گوناگونی ساخته می شوند:

 اریفیس پلیت متحدالمرکز: که سوراخ آن در وسط صفحه قرار دارد و برای گازها ، مواد نفتی سبک و بدون رسوب به کار می رود.

 اریفیس پلیت خارج از مرکز: که سوراخ آن خارج از مرکز است و برای مواد نفتی رسوب دار و سنگین به کار می رود.

اریفیس پلیت قطعه ای (نیم دایره ای): که سوراخ آن خارج از مرکز و به صورت قطعه ای از دایره می باشد و کاربرد آن برای مواد رسوب دار است.

به طور عمده کاربرد اریفیس ها در یافتن دبی خروجی از مخازن و همچنین لوله ها می باشد. در ساخت اریفیس ها گاهی لبه ی آن ها را گرد و گاهی با لبه ی تیز می سازند. یک اریفیس با لبه های تیز در مسیر لوله باعث ایجاد انقباض فواره در پایین دست دهانه ی اریفیس می شود.

2.اوریفیس متر اصولا مشابه با ونتوری متر عمل می‌کند، اما چند اختلاف مهم دارد:

- صفحه سوراخ‌دار آن را می‌توان با توجه به سرعتهای متفاوت جریانی سیال به‌راحتی تعویض نمود، در حالیکه قطر دهانه یا گلویی یک وانتوری متر ثابت و غیر قابل تعویض است.

- اوریفیس متر همواره دارای مقادیر افت فشار نسبتا بالاست که در اثر جریانات گردابی در پشت صفحه سوراخ‌دار و نزدیک دیواره داخلی لوله بوجود می‌آیند. در حالیکه یک وانتوری متر اجازه بوجود آمدن چنین گردابهایی را نمی‌دهد.

- در یک اوریفیس متر معمولا شیرهایی برای کنترل خروج جریان سیال وجود دارد که محل اتصال مانومتر نیز می‌باشد.

u0=C0 (2gc (ρ1 - ρ2) h/ρ(1 - β4)1/2

β=Do/D
Do=قطر سوراخ اوریفیس متر و D=قطر لوله
br>gc=32.20ft.lbm/lbf.sec2
Co=ضریب تصحیح اریفیس متر  

 گلوگاه نازل دار (Flow Nozzle Restriction):

گلوگاه نازل دار دارای مقطعی شبیه به یک زنگوله است ، یعنی دیواره ی آن از اطراف به تدریج جمع می شود تا به صورت یک گلوگاه در می آید و در انتهای آن استوانه ای شکل است. محور نازل نیز بر محور لوله منطبق است.مقطع نازل به گونه ای انتخاب می شود که مقطع خطوط جریان سیال پس از باریک شدن تقریبا همه ی گلوگاه را پر کند. بنابراین سطح گلویی را می توان با کمترین سطح مقطع سیال عبوری برابر فرض نمود.

جریان های گردابی ایجاد شده در اطراف نازل نسبت به جریان های گردابی صفحه ی اریفیس دار ، انرژی کم تری جذب می کنند و در نتیجه افت فشار کمتری ایجاد می شود. این نکته باید یادآوری شود که در صورت یکسان بودن افت فشار و دبی صفحه ی اریفیس دار و نازل ، صفحه ی اریفیس دار دارای مقطع گلویی بزرگ تری است. محل قرارگیری مجراهای حس کننده ی فشار در گلوگاه های نازل دار شبیه به گلوگاه اریفیس دار می باشد.

لوله ونتوری (ونچوری) (Venturi Tube):

گلوگاه لوله ونتوری از یک استوانه ی باریک تشکیل شده که گلویی (Throat) نامیده می شود. دهانه ی ورودی گلوگاه به تدریج جمع یا باریک می شود (مانند یک نازل) ، اما دهانه ی خروجی آن به صورت یک شیپوره ی واگرا (Diffuser) به تدریج باز می شود. با استفاده از یک لوله ی ونتوری ، افت فشار به طور قابل توجهی نسبت به افت فشار گلوگاه اریفیس دار و یا نازل دار کم تر می شود. علت کم بودن افت فشار لوله ی ونتوری ، بیشتر به علت شکل دهانه ی خروجی آن است. در لوله ونتوری ، فشارهای استاتیک P1 و P2 با استفاده از دو حلقه ی فشار سنجی حس می شوند. این دو حلقه ، هر یک دارای یک سری سوراخ هستند که با فاصله ی مساوی از یکدیگر قرار دارند و به داخل لوله ونتوری ارتباط دارند. معمولا ونتوری دارای ساختمانی با بخش های زیر است:

بخش بالا دست جریان که قطر آن برابر قطر لوله است و دارای یک آستر برنزی و یک حلقه ی پیزومتری برای تعیین فشار استاتیک است:

-یک قسمت مخروطی همگرا.

-گلوگاه استوانه ای با آستر برنزی ، مجهز به حلقه ی پیزومتری.

-یک قسمت مخروطی با واگرایی تدریجی که نهایتا اندازه ی آن برابر قطر لوله می شود.

 -یک مانومتر دیفرانسیلی که به حلقه های پیزومتری متصل است. 

اندازه ی ونتوری متر با قطر لوله و گلوگاه آن مشخص می شود. برای آن که نتایج حاصل از اندازه گیری دقیق باشد ، باید طول ونتوری متر حداقل ده برابر قطر لوله باشد. در جریان خروجی از لوله به طرف گلوگاه ، سرعت به مقدار زیادی افزایش و متناظر آن فشار کاهش می یابد. مقدار دبی در جریان تراکم ناپذیر تابعی از مقدار نشان داده شده به وسیله ی مانومتر است.

فشارها در قسمت اولیه و گلوگاه دستگاه ، فشار های واقعی هستند و سرعت های به دست آمده از معادله ی برنولی سرعت های تئوری خواهند بود. وقتی که در معادله ی انرژی ، افت ها را در نظر بگیریم ، سرعت ها واقعی خواهند بود. ابتدا به کمک معادله ی برنولی ( بدون درنظر گرفتن افت هد )  سرعت تئوری در گلوگاه را به دست می آورند و با ضرب کردن آن در ضریب سرعت Cv سرعت واقعی مشخص خواهد شد. نسبت قطرها معمولا در محدوده ی 25/0 تا 75/0است. افت فشار حاصل از نصب نیز در حدود 10 تا 15درصد تغییر هد بین قسمت های ورودی ونتوری و گلویی می باشد.

در هنگام انتخاب این دست وسایل اندازه گیری فلو باید این نکته را هم در نظر گرفت که اثر لوله ونتوری در مختل کردن جریان سیال و تلفات انرژی کمتر از نازل ها و همچنین نازل نیز اتلافات کمتری نسبت به اریفیس دارد ، البته این موضوع را هم باید در نظر گرفت که در مورد قیمت آن ها این نسبت ها برعکس است.

دبی سنج زانویی یا لوله پیتو  (Elbow Meter):

برای جریان تراکم ناپذیر یکی از ساده ترین وسایل اندازه گیری دبی است. روزنه های پیزومتر در داخل و خارج از زانو به مانومتر دیفرانسیلی متصل می شوند. به دلیل نیروی گریز از مرکز در خم ، اختلاف فشار به دبی بستگی خواهد داشت. طول مستقیم آرام کننده ای باید قبل از زانو در نظر گرفته شود و برای نتایج دقیق تر ، وسیله ی اندازه گیری باید در محل نصب ، کالیبره شود. چون اغلب خطوط لوله دارای زانو هستند ، می توان از آن ها برای اندازه گیری استفاده کرد. بعد از تنظیم و کالیبراسیون ، نتایج حاصله در حد نتایج به دست آمده از ونتوریمتر یا نازل جریان قابل اعتماد می باشد.
لوله پیتو مجهز به یک لوله که دهانه آن عمود بر جهت جریان و یک لوله دیگر که دهانه آن به موازات جهت جریان است، می‌باشد. سرعت جریان سیال را می‌توان از روی اختلاف مابین فشار اعمال شده بر دهانه موازی با جریان و دهانه عمود بر جهت جریان محاسبه کرد.

u=C (2g (ρman- ρ) Δh/ρ)1/2
u = سرعت جریان سیال
c = ضریب تصحیح
g=9.8m/s2
ρman=چگالی سیال داخل مانومتر
ρ=چگالی سیال جاری
Δh=اختلاف ارتفاع سیال در دو طرف لوله پیتو
نوع پیچیده لوله پیتو مجهز به لوله‌های متحدالمرکز است و سرعت جریان سیال را در قسمتهای کناری لوله‌ای که سیال داخل آن در جریان است، تعیین می‌کند.

اندازه گیری فلو توسط استرین گیج (Flow measurement by Strain-Gage):

 در این نوع از سنجش صفحه ی کوچکی در برابر جریان سیال قرار می گیرد. از طرف سیال نیرویی برابر با F=K.A.ρ.V² به صفحه وارد می شود. در این رابطه K یک ضریب ثابت است و بستگی به شکل صفحه دارد. نیرو یا فشار وارده بر صفحه توسط استرین گیج اندازه گیری می شود و با استفاده از رابطه ی بالا می توان سرعت و سپس دبی را بدست آورد.

از این طرح می توان برای اندازه گیری فلوی سیالاتی با فشار و دمای بالا و با ذرات معلق استفاده کرد. این طرح در مقایسه با انواع روش های انسدادی ، مشکل گرفتگی روزنه را ندارد. همچنین با کوچک تر ساختن صفحه ی حساس ، می توان اثرات اخلال در جریان طبیعی سیال و افت انرژی را نیز کاهش داد.

روتـــا مـتــــر(Rotameter)

در دستگاههای سنجش سرعت جریان هدهای متغیر ، مساحت سطح مقطعی که سیال به حالت فشرده ‌از آن عبور می‌کند، ثابت می‌ماند و افت فشار با سرعت جریان تغییر می‌کند، اما در رتامتر افت فشار تقریبا ثابت و مساحت سطح مقطع سیال فشرده تغییر می‌کند. سیال بطور عمودی ‌و از پایین به بالا از میان رتامتر که قطر لوله آن کم‌کم عریض می‌شود، عبور می‌کند و شناور در آن تحت اثر فشار ناشی از سرعت سیال به بالا حرکت کرده ، در یک شرایط تعادلی قرار می‌گیرد.
به‌ازای این سرعت جریان حلقه‌مانند سیال که ‌از اطراف شناور می‌گذرد، فشار لازم را تامین می‌کند. هرگاه سرعت جریان افزایش یابد، شناور در قسمت بالاتری قرار می‌گیرد که سطح حلقه‌مانند اطراف آن نیز وسیع‌تر می‌شود. سرعت جریان سیال در رتامتر از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

1/2( (ur=Cr (2gc (ρ1 - ρ2) h/ρ

 روتامتر(دبي سنج چرخان) مهمترين دبي‌سنج با سطح مقطع متغيير استو از يك لوله شيشه‌اي مخروطي تشكيل شده است كه در آن يك شناور آزادانه حركت مي‌كند. با توجه به نيروهاي رو به ‌بالا و رو به ‌پائين، شناور به وضع تعادل مي‌رسد. اگر نيروهاي رو به ‌بالا را مثبت در نظر بگيريم، موازنه نيرو روي شناور بصورت زير نوشته مي‌شود.
0 = وزن شناور– نيروي درگ روي شناور+ (سطح شناور × افت فشار) + نيروي شناوري (ارشميدس)
وقتي چگالي سيال ثابت باشد، نيروي شناوري ثابت است. با ساخت شناور بصورت لبه دار، آشفتگي زيادي ايجاد شده كه خود باعث كاهش حساسيت وسيله به گرانروي سيال مي‌شود. بنابراين با ثابت در نظر گرفتن نيروي دراگ ناشي از گرانروي بر روي شناور:
مقداري ثابت = وزن شناور – (سطح شناور × افت فشار)
بعبارتي:
ثابت = افت فشار

مزایاي روتامتر عبارتند از:
1- قابلیت خوب درجه بندی
2- قیمت نسبتاً کم
3- مناسب برای اندازه گیری شدت جریان های کم
4- می توان آن را با alarm switch مجهز نمود.
5- هیچ گونه محدودیتی در رابطه با لوله کشی برای ورودی و خروجی وجود ندارد.
6- افت فشار کم نیاز دارد.
7- طراحی هایی وجود دارد که سیستم را ایمن از ویسکوزیته می کند.
8- در بعضی از دوغابه های کم دانسیته می توان استفاده نمود.

معایب روتامتر عبارتند از:
1- نوع شیشه ای آن مواجه با شکستگی است.
2- برای سرویس پالستی مناسب نیست.
3- باید به طور عمودی نصب گردد.
4- به طور عمده محدود به لوله های با قطر کم است مگر از نوع روتامتر به همراه کنارگذر استفاده نمود.
5- محدود به دماهای نسبتاً پایین
6- دقت نسبتاً کم
7- نیاز به نصب در خط دارد.( مگر نوع کنار گذر )

تقسیم‌بندی جریان سنج‌ها

1. وسایلی که بر پایه ‌اندازه گیری وزن یا حجم عمل می‌کنند. این وسایل بسیار ساده‌اند و کاربرد چندانی را در صنعت ندارند.
2. وسایل اندازه گیری جریان از نوع هدهای متغییر ، متداول‌ترین و بیشترین کاربرد را در صنعت دارند. مانند اریفیس متر ، وانتوری متر ، لوله پیتو و ... .
3. وسایل اندازه گیری جریان و سطح که در آنها ، جزئی با سرعت معین و اعمال شده ‌از طرف سیال در دستگاه جابجا می‌شود، مانند رتا مترها که جزء مساحت سنج‌ها هستند.
4. وسایل اندازه گیری جابجایی مثبت ، شامل انواع پمپهای اندازه گیر ، مانند دوزینگ پمپهای انتقال سیال به حالت مایع
5. وسایل اندازه گیری از نوع مغناطیسی که بر اساس حرکت سیال و ایجاد پتانسیل الکتریکی در داخل یک میدان مغناطیسی تولید شده ، عمل می‌کنند.  

عدد رینولدز

در مکانیک شاره‌ها، عدد رینولدز کمیتی بدون یکا است که نسبت نیروی لختی به نیروی گرانروی را نشان می‌دهد. کاربرد مهم این عدد در تعیین آرام یا آشفته بودن جریان شاره است. این عدد برای دو جریان متفاوت، یک پارامتر تشابهی نیز است.

تعریف ریاضی عدد رینولدز،Re ،به صورت زیر است:

که در این عبارت:

1. ρ چگالی شاره،
2. v سرعت متوسط جریان شاره،
3. d یک طول مشخصه در مسأله؛ و
4. μ ضریب گرانروی شاره است.

عدد رینولدز بحرانی

یکی از کاربردهای مهم عدد رینولدز، تعیین آرام یا آشفته بودن جریان است. اگر عدد رینولدز از مقدار خاصی کم‌تر باشد جریان آرام و اگر بیش‌تر باشد آشفته است. این مقدار خاص، عدد رینولدز بحرانی نام دارد و با Re_crit نشان داده می‌شود.

عدد رینولدز بحرانی برای جریان های مختلف به صورت تجربی اندازه‌گیری می‌شود. برای مثال، عدد رینولدز بحرانی برای جریان داخل یک لوله ۲۳۰۰ است. در این حالت، طول مشخصه d قطر لوله است.

طول مشخصه آشفتگی

یکی دیگر از کاربردهای عدد رینولدز، تعیین کوچک‌ترین طول مشخصه در یک جریان آشفته است. در جریان آشفته، طول مشخصه به معنی فاصله‌ای است که بین متغیرهای جریان مثل سرعت یا فشار همبستگی وجود دارد. اما چون این همبستگی‌ها هم‌بسامد نیستند، یک جریان آشفته طول‌های مشخصه‌ی متفاوتی خواهد داشت. طول‌های مشخصه‌ی بزرگ متناظر با بسامدهای پایین و طول‌های مشخصه‌ی کوچک متناظر با بسامدهای بالا هستند.

اگر بزرگ‌ترین طول مشخصه‌ی یک جریان L و کوچک‌ترین طول مشخصه‌ی آن l باشد، قانون تعادل کولموگورف می‌گوید که در عددهای رینولدز بالا:

با استفاده از این رابطه می‌توان کوچک‌ترین طول مشخصه جریان آشفته را به دست آورد.

شرح:

ابتدا درون مخزن های اری فیس متر آب می ریزیم به طوری که درون هر دو مخزن به طور نصف پر شود. حال دو شیر را باید باز کنیم که یکی از آن ها شیر کنترل پایین مخزن است و دومی شیر کنترل ورودی آب از بالای مخزن است. حال آب ها را درون یک مخزن جمع می کنیم و و به کمک لوله ی پلاستیکی که جلوی مخزن درست شده و یک خط کش کنار آن است حجمی که درون مخزن خالی است را می خوانیم. حال بین یک تا یک عدد دیگر را در نظر می گیریم. برای خواندن فشار از مانومتری که بین دو لوله قرار دارد کمک می گیریم و یک خط کش هم برای همین کار کنار مانومتر قرار داده شده است. ضمنا مایع درون مانومتر جیوه است. برای روشن کردن دستگاه ابتدا شیر کنترلی که میزان حجمی که درون لوله را کنترل می کند را یک دور باز می کنیم. حال دستگاه را روشن می کنیم و همراه با روشن کردن دستگاه کرنومتر را می زنیم. یک نفر کرنومتر را کنترل می کند، یک نفر حجم درون مخزن رار کنترل می کند و یک نفر دیگر هم فشار را می خواند. حجم درون مخزن از 1 سانتی متر به 11 سانتی متر تغییر می کند و در این حالت دستگاه را خاموش می کنیم. در 13 ثانیه حدود 10 سانتی متر آب درون مخزن جا به جا شده است و فشار این جابه جایی هم برابر با  8 سانتی متر جیوه است. سپس شیر کنترل را یک دور دیگر می چرخانیم. حال دستگاه را روشن می کنیمو این بار حجم مخزن را  از 15 سانتی متر به 25 سانتی متر در نظر می گیریم. حال این بار مدت زمانی که طول می کشد تا حجم مخزن از 15 به 25 برسد حدود 4/12 ثانیه است و فشار این آزمایش 3/9 سانتی متر جیوه است. حال آب را فقط درون یک مخزن قرار می دهیم و شیر کنترل را یک دور دیگر می چرخانیم. سپس دستگاه را روشن می کنیم و این بار حجم مخزن را  بین 3 تا 13 اندازه گیری می کنیم و هنگامی که حجم دستگاه به 3 رسید کرنومتر را می زنیم و وقتی که به 13 رسید کرنومتر را قطع می کنیم. مدت زمانی که حجم مورد نظر ما پر شد حدود 35/10 ثانیه است و فشار برابر با 10 سانتی متر جیوه است. حال شیر کنترل را یک دور دیگر می چرخانیم و این بار حجم را  از 15 تا 25 سانتی متر اندازه گیری می کنیم. سپس دستگاه را روشن می کنیم و حجم را بین 15 تا 25 اندازه گیری می کنیم. مدت زمانی که طول می کشد تا از 15 به 25 سانتی متر برسد حدود 10 ثانیه و فشار آن حدود 5/10 سانتی متر جیوه است. قطر آهنی که وسط لوله قرار دارد و باعث انسداد جریان می شود حدود 02/19 میلی متر است. اندازه طول و عرض مخزن ها هم حدودا برابر 50 و 40 سانتی متر است. برای اینکه بهتر بتوانیم عددها را  بدست بیاوریم، تمام عددها را با واحد CGS بدست می آوریم.

نمودار، مشاهده، جدول:

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم ضریب تخلیه اری فیس این آزمایش برابر با 26/1 شده است.

محاسبات:

Q=

Q= 46

19/02mm = 1/9cm

A=

C=

Q=

Q=

C=

Q=

Q=

C=

Q=

Q=

C=

خطا: 1- اشتباه خواندن             2- اشتباه دستگاهی                 3- اشتباه محاسباتی  

مرجع: سایت   www.silis.blogfa.com

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: