میترینگ آب، میترینگ گازها، میترینگ هیدرو کربن ها

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
سیدحسن هاشم‌آبادی(عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه و دبیر این همایش):

اندازه‌گیری یکی ازمهمترین مباحث در مهندسی است که امروزه اهمیت ویژه‌ای در صنایع نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی پیدا کرده است. برای کنترل بهینه فرآیندها و همچنین فروش نفت، گاز و فرآورده‌های نفتی لازم است تا اندازه‌گیری‌های دقیقی روی جریان سیال انجام شود.کشورما ن با دارا بودن منابع غنی نفت و گاز در سطح جهان به عنوان یکی از کشورهای تاثیرگذار در تعیین معادلات جهانی عرضه و تقاضای این محصولات با ارزش است اما باید این واقعیت را هم پذیرفت که در ایران موضوع اندازه‌گیری و کالیبراسیون علیرغم اهمیت آن متاسفانه آن طور که بایسته است به صورت تخصصی مورد توجه قرار نگرفته است. لذا لازم است تا مباحث مربوط به اندازه‌گیری و کالیبراسیون در کشور به خوبی مورد بررسی قرار گیرند و فناوری‌های روز دنیا شناسایی و مورد استفاده قرار گیرد.


گروه پژوهشی میترینگ در سال ١٣٩٠ در دانشگاه علم و صنعت ایران با مشارکت جمعی از اساتید دانشگاه های کشور، فعالان امور تحقیقاتی مربوط به اندازه گیری کمّی هیدروکربن ها و همچنین افراد مجرب و فعال در صنعت مجوز فعالیت از وزارت نفت دریافت کرده است که تنها قطب فعال مورد تایید در کشور می باشد . این گروه پژوهشی با توجه به سابقه گذشته امکان ارائه مشاوره و اجرای پروژه های مربوط به میترینگ در کشور را دارا می باشد و در محورهای استانداردهای ISO ، ASTM ، IP ، IGS ، IPS ، API در زمینه اندازه گیری نفت، گاز و فرآورده؛ نقل و انتقال و بارگیری نفت، گاز و فرآورده؛ روش های دینامیک و استاتیک اندازه گیری نفت، گاز و فرآورده (مخازن ساحلی / نفتکش - میترینگ و ... )؛ طراحی ایستگاه های میترینگ؛ سیستم های نمونه گیری نفت خام؛ طراحی سیستم های میترینگ چند فازی؛ پرووینگ و کالیبراسیون تجهیزات اندازه گیری مایع، گاز و دو فازی فعالیت می کند.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
مزایا و معایب Orifice Meter

مزایا و معایب Orifice Meter




مزایا و معایب Orifice Meter – مبحث اندازه گیری از جمله مباحثی است که همواره در صنعت مورد توجه بوده و می باشد . کمیتها و پارامترهای عمده که در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی مورد اندازه گیری و کنترل قرار می گیرند عبارتند از فشار ، دما، ارتفاع سطح و جریان که در بین این کمیتها اندازه گیری و کنترل جریان نقش مهم و بسزایی را ایفا می کند . با توجه به شرکتی شدن مناطق گاز رسانی و ضرورت ایجاد واحدهای اندازه گیری و توزیع گاز در شرکتهای گاز استانی بحث اندازه گیری جریان گاز از جایگاه ویژه ای برخوردار گردید چرا که با توجه به حجم بالای گاز عبوری از یک ایستگاه CGS و یا ایستگاههای صنعتی ، دستگاههای اندازه گیری جریان گاز می بایست دارای خصوصیات و شرایط ویژه ای باشند . مقاله ئ حاظر به بررسی مسائل و مشکلات orifice meter ها با ذکر جزئیات پرداخته و مقایسه ای را بین این دستگاهها با Turbine meter ها انجام داده است . در تهیه این مقاله از منابع و مجلات معتبری از جمله مطالب منتشره در سایتهای اینترنت استفاده شده ، ضمن اینکه تجربه کار با دستگاههای اندازه گیری جریان علی الخصوص orifice meter ها نیز ملحوظ گردیده است جهت اطلاع از منابع مورد استفاده به انتهای همین مقاله مراجعه نما ئید .
مقدمه:جهت اندازه گیری جریان سیالات ، دستگاهها و روشهای متفاوتی وجود دارد که بطور اختصار می توان موارد زیر را نام برد .
۱- وسایل ایجاد کننده اختلاف فشار
۲- جریان سنجهای سرعتی
۳- جریان سنجهای نوع جابجایی
۴- جریان سنجهای جرمی
در حال حاضر در ایستگاههای تقلیل فشار و اندازه گیری شرکت ملی گاز از جریان سنجهای توربینی turbine meter استفاده می گردد که از لحاظ طبقه بندی جزءجریان سنجهای سرعتی محسوب می شود چرا که سرعت سیال و انرژی جنبشی آن باعث چرخش Rotor این نوع جریان سنجها می شود . اما نوع دیگری از جریان سنجها که به طور وسیعی در صنایع نفت و پتروشیمی و پالایشگاههای گاز استفاده می گردد orifice meter ها می باشد که از لحاظ طبقه بندی جزو مورد ۱ می باشند .
استفاده از orifice plate ها شاید به قرنها قبل برگردد ولی به طور علمی اولین بار در سال ۱۹۰۰ میلادی weymouth که بر روی جریان سیالات مطالعه می کرد برای اندازه گیری جریان گاز از صفحه نازک سوراخ دار متحدالمرکز و لبه تیزی استفاده نمود ، مدتی بعد با تشکیل انجمن گاز آمریکا (AGA) و متعاقب آن کمیته اندازه گیری آن انجمن ، orifice meter ها وارد صنعت آمریکا شدند و بسرعت گسترش یافتند وبعنوان وسیله ای مناسب جهت اندازه گیری جریان سیالات مورداستفاده قرار گرفتند تا اینکه در سال۱۹۶۳ ، Rockwell کنتور توربینی را ابداع نمود ولی چندین سال به طول انجامید تا توانایی ها و پتانسیل های آن به اثبات برسد و در اواخر دهه هفتاد میلادی بعنوان رقیبی جهت orifice meter ها به شمار می آمد .
orifice meter ها کلاً از دو قسمت تشکیل شده اند ۱- عنصر اولیه (primary Element) که شامل یک صفحه روزنه دار (orifice plate) فلنج ها وطول مستقیم لوله می باشد ۲- عنصر ثانویه (secondary element) که معمولاً یک Transmitter یا dp/cell می باشد .
باید دید که آیا استفاده از orifice meter ها جهت اندازه گیری جریان گاز طبیعی در فرآیند گازرسانی و فروش مناسب است یا خیر ؟
قبل از جواب دادن به سؤال بالا بهتر است دو نوع وضعیت اندازه گیری را بنام custody transfer و noncustody transfer را تعریف نماییم .
طبق تعریف اقتباس شده از اینترنت و از مقاله مندرج در مجله control Engineering چاپ فوریه ۱۹۹۹ تحت عنوان : “How to deliver liquids and Gases Accurately” ، custody transfer حالتی از انتقال و اندازه گیری سیال است که در آن دقت بسیار با اهمیت باشد و نیز در قبال انتقال میزان معینی ازسیال پول رد و بدل شود و بنابراین خریدار به دقیق بدون اندازه گیری اطمینان حاصل می نماید . در حالت non custody transfer شرایط ذکر شده قبل حاکم نمی باشد و اندازه گیری از دقت کمتری برخوردار است .
نظر به اینکه در سیستم گازرسانی و فروش به ازاء فروش گاز وجه دریافت می شود و نیز با توجه به اینکه دقت اندازه گیری بخصوص برای مشترکین صنعتی عمده ، نظیر نیروگاهها و صنایع پتروشیمی از اهمیت بسزایی برخوردار است بطوریکه بایک یا دو درصد خطا باعث اختلاف زیادی در مقادیر مصرفی بوجود خواهد آمد بنابراین فرآیند اندازه گیری جریان می بایست از نوع custody transfer باشد و این روالی است که در کشورهای صنعتی بخصوص کشورهای اروپائی برقرار و حاکم می باشد یعنی اندازه گیری گاز طبیعی جهت مصرف مشتریان به روش custody transfer .
مقایسه بین orifice meter و turbin meter ها :
آنچه در ادامه خواهد آمد مقایسه نسبتاً کاملی است بین دو دستگاه مذکور . در این مقایسه دو دستگاه از زوایای گوناگون با یکدیگر مقایسه شده.اند
operation :
orifice meter ها دستگاههای اندازه گیری غیر مستقیم می باشند چرا که خود به تنهایی نمی توانند جریان را اندازه گیری نمایند و باید بوسیله یک ترانسمیتر، اختلاف فشار دو طرف orifice plate را گرفته و سیگنال متناسب ارسال شود و نهایتاً توسط یک integrator مقدار جریان نشان داده میشود ولی Turbin meter ها دستگاههای اندازه گیری مستقیم می باشند و میزان اندازه گیری شده مستقیماً بر روی index کنتور نمایش داده میشود.
Pressure loss :orifice meter هایی که از flange taps استفاده می کنند نیمی از افت فشار ایجاد شده خود در طول orifice plate را بدست می آورند ولی با وجود این افت فشار آنها نسبت به turbine meter بسیار بالا می باشد .
با توجه به مطلب ذکر شده ، هنگام مقایسه ظرفیتهای دو دستگاه باید میزان فشار قابل بازیافت در orifice meter ها را مد نظر قرار داد .
Construction:
در حالی که Turbine meter ها دستگاههای نسبتاً پیچیده ای همراه با تعداد قطعات متحرک می باشد. orifice meter ها هیچ قطعه متحرکی ندارند.
ولی از طرف دیگر Turbine meter ها دستگاههای قرائت مستقیم هستند و نیاز به وسیله دیگری جهت نشان دادن میزان جریان نمی باشند در حالیکه orifice meter ها به تنهایی یک وسیله ناقص می باشد.
جریان سنج روزنه ای جریان سنج توربینی:
که انجام می دهند ایجاد یک اختلاف فشار می باشد و برای دسترسی به یک اندازه گیری معنی دار باید از یک Transmitter و Recorder و یا integrator استفاده کرد و این به پیچیدگی سیستم می افزاید و بنابراین مشکل است که بگوئیم کدام نوع اندازه گیری شامل کمترین قطعات متحرک می باشد .
Installation:
برای turbine meter ها طول مستقیم خطر لوله قبل و بعد از meter بر اساس گزارش شماره ۷ AGA برابر با ۱۰D طول مستقیم در بالا دست (upstream) و ۵D طول مستقیم لوله در پایین دست (down stream) لازم می باشد . که این حالت بهینه می باشد .
درباره نصب orifice meter ها عمدتاً از گزارش شماره ۳ مربوط به AGA استفاده می گردد ولی مشخص شده که در صورت استفاده از این روش حدوداً ۰٫۵% خطای اندازه گیری وجود خواهد داشت و بنابراین استاندارد (ISO 5167) ISO تمام مقادیر ارائه شده توسط AGA را دو برابر نموده است .
با این توصیف طول مستقیم خط لوله مورد نیاز در upstream جهت نصب orifice meter ها بسیار زیاد خواهد بود که بعضاً تا ۴۰D خواهد بود و این مسئله نیز مشکل بزرگی است در ضمن با افزایش بتا ( نسبت قطر روزنه orifice به قطر لوله) طول مستقیم لوله مورد نیاز افزایش می یابد در صورتی که برای Turbine meter ها اینچنین نمی باشد .
Accuracy :Accuracy که در مبحث کالیبراسیون با عنوان صحت از آن نام برده می شود عبارت است از میزان تطابق یک کمیت در حال اندازه گیری با میزان واقعی یا استاندارد یا به عبارت دیگر اختلاف بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار واقعی ( می توان به آن میزان خطا نیز اطلاق کرد )
حداکثر خطای مربوط به turbine meter ها بین ۰٫۲ جریان ماگزیمم تا ماگزیمم جریان برابر با ۱% به ثبت رسیده است ( در بعضی انواع آن ۰٫۵% ) در حالی که این مقدار برای orifice meter ها ۲% می باشد.
بنابراین دقت اندازه گیری در Turbine meter ها بالاتر از orifice meter ها می باشد .
مبحث دیگر که در رابطه با Accuracy قابل ذکر است uncertainty (عدم قطعیت ) می باشد و آن را می توان درجه اعتماد و اطمینانی که شخص می داند که می تواند برای Accuracy اندازه گیری در نظر بگیرد تعریف نمود. مطلبی که تاکنون بخوبی در صنعت گاز جهان مشخص شده این است که uncertainty اندازه گیری با orifice meter ها بیشتر از۰٫۵% مطابق با (AGA 3) ANSI/API 2350 و مطابق ISO 5167 برابر ۰٫۶% می باشد که در صورتی که از حداقل طول لوله مطابق با گزارش شماره ۳ AGA استفاده شود باید میزان ۰٫۵% دیگر نیز به آن اضافه کرد .
مطالعه ای که توسط API انجام شده نشان می دهد میزان uncertainty برای orifice meter ها برابر ۱٫۷% می باشد .
orifice meter ها یک دستگاه اندازه گیری جریان غیرخطی (square Root) می باشند . turbine meter ها دستگاههای اندازه گیری خطی هستند.
اطلاعات علمی منتشر شد ه پس از سالها ساخت و آزمایش turbine meter ها نشان می دهد که آنها می توانند با یک accuracy بالا و قابل اثبات در مدت زمان قابل قبولی کار کنند .
Calibration :
orifice meter ها با آب کالیبره می شوند و این کاری پرهزینه می باشد. خود orifice plate ها می بایست دائماً از جهت هم مرکز بودن ، صاف بودن سطح، قطر، تیزی لبه ها و ضخامت آن چک شود . عملیات checking موارد ذکر شده باید هر ماه انجام شود و در بعضی از مقالات هر سه ماه یکبار عنوان شد ، در حالیکه turbine meter تنها نیاز دارند که هر سه تا شش ماه یکبار روغن کاری شوند و اگر فرآیند صحیح باشد می توانند تا مدت زیادی در سرویس باقی بمانند ( در سیستم اندازه گیری فعلی بدلایل زیادی از جمله وضعیت نامناسب گاز، عدم کارائی مناسب فیلترها ، بعضاً نوسانات جریان ، عدم رعایت حداکثر ظرفیت کنتور و عدم بهره برداری مناسب از کنتورها ، دستگاههای مذکور دچار اشکال می شوند که این قضیه مربوط به ماهیت دستگاه نمی باشد و قطعاً با توضیحات قبل و توضیحاتی که نوشته خواهد شد در شرایط مساوی این اتفاقات برای orifice meter ها با شرایط حادتر بوجود خواهد آمد ) همچنین در مورد orifice meter ها عنصر ثانویه ( معمولاً ترانسمیتر) نیز باید بطور مرتب کالیبره و چک شود که در غیر اینصورت ممکن است خطاهای زیادی ایجاد شود و این امر نیز مستلزم این است که شخصی که مسئول بازرسی و چک کردن عنصر ثانویه می باشد بطور مداوم دستگاههای تست و وسایل مورد نیاز کالیبراسیون را با خود به محل نصب دستگاه ببرد ،و اگر بخواهد عنصر ثانویه را به آزمایشگاه ببرد مسلماً سیستم اندازه گیری از سرویس خارج خواهد شد .
در مقابل کنتورهای توربینی می تواند با هوا و در فشار اتمسفریک تست شوند حتی می توان عملیات کالیبراسیون رادر فشار بالا و در فشار عملیاتی دستگاه انجام داد .
خطاهای سیستماتیک (Uncertainty) مربوط به Turbine meter حدود ۰٫۲ الی ۰٫۲۶ می باشد که نسبت به orifice meter ها پایین می باشد .
Rangeability:
Rangeability نسبت حداکثر جریان به حداقل جریان می باشد که مابین ایندو مقدار دستگاه ، اندازه گیری را بصورت صحیح انجام می دهد .
Rangeability مربوط به orifice meter ها حدوداً ۳٫۵ : ۱ می باشد که یک دامنه بسیار محدود عملیاتی است و در این دامنه خطای دستگاه حدود ۰٫۵% الی ۲% تخمین زده میشود . در صورتی که از دو یا چند ترانسمیتر بصورت موازی با Range های متفاوت استفاده شود Rangeability می تواند در حدود ۱۰:۱ افزایش یابد که این مقدار نیز رقمی پایین می باشد .
در صورتی که در turbine meter ها اندازه گیری جریان بر مبنای انرژی جنبشی گاز می باشد .
فرمول انرژی جنبشی را بصورت زیر نیز می توان نوشت :
که نشان می دهد برای انرژی جنبشی ثابت هرچه جرم حجمی افزایش یابد سرعت کاهش می یابد . بنابراین با افزایش فشار میزان گاز کمتری جهت به حرکت درآوردن Rotor لازم می باشد و در این حالت Rangeability مربوط به Turbine meter ها افزایش می یابد .
در فشار اتمسفریک Rangeability مربوط به turbine meter ها در حدود ۲۰:۱ می باشد یعنی نسبت حداکثر جریان به حداقل جریان ۲۰ برابر می باشد حال هرچه فشار بالاتر رود دامنه اندازه گیری نیز مطابق فرمول زیر افزایش می یابد .
که در آن :
RH : دامنه اندازه گیری در فشار بالا ( فشارP) می باشد
RL : دامنه اندازه گیری در فشار پایین می باشد ( فشار اتمسفریک)
Sp.gr : چگالی گاز می باشد .
P : فشار گاز بر حسب بار مطلق (bara) می باشد .
مثال : دامنه اندازه گیری یک کنتور توربینی در فشار ۱۸ bara در صورتی که چگالی گاز برابر با ۰٫۶۴ باشد چقدر خواهد بود ؟
بنابراین ملاحظه می شود که Rangeability کنتور مذکور را از ۲۰:۱ در فشار اتمسفریک به ۶۸:۱ در فشار ۱۸bara رسید .
همانطور که ملاحظه شد هرچه فشار عملیاتی turbine meter ها افزایش یابد Rangeability نیز افزایش می یابد که این میزان در فشارهای بالاتر حتی به مقدار ۲۰۰:۱ نیز افزایش می یابد که در مقایسه با orifice meter ها بسیار بالا و قابل توجه است .
با توجه به موارد ذکر شده یکی از معایب بزرگ orifice meter ها دامنه پذیری پایین آن می باشد بنابراین در نقاطی که نسبت حداکثر به حداقل جریان بیش از ۳٫۵ باشد این نوع دستگاهها با خطای زیادی همراه خواهند بود و این اتفاقی است که دقیقاً در C.G.S ها رخ می دهد و نسبت حداکثر
جریان در زمستان و حداقل آن در تابستان بیش از ۳٫۵ خواهد بود و حتی در یک فصل و دریک روز با توجه به وضعیت مصرف ممکن است نسبت حداکثر به حداقل جریان بیشتر از ۳٫۵ گردد ، که مشکل بزرگی بر سر راه اندازه گیری دقیق می باشد .
Repeatability:
در مبحث کالیبراسیون Repeatabilityرا معادل Precision یعنی دقت در نظر می گیرند یعنی اگر یک دستگاه در محدوده عملیاتی خویش تکرار پذیر باشد دستگاه دقیقی می باشد .
بعبارت دیگر با چندین مرتبه تکرار اندازه گیری دستگاه مقدار مشابهی را قرائت نماید در orifice meter ها تکرار پذیری اندازه گیری به تکرار پذیری عنصر ثانویه (معمولاً ترانسیمتر) و آسیب پذیری و استعداد آن دستگاه نسبت به Hysteresis (خطای پس ماند) بستگی دارد .هیچ میزان دقیقی از Repeatability در اندازه گیری با orifice meter ها گزارش نشده است .
در مقابل Turbine meter ها می توانند تحت جریان ، فشار و دمای کنترل شده بطور علمی کالیبره شوند به نحوی که Repeatability آنها می تواند بصورت اثبات شده در حدود ۰٫۱% باشد.
Reliability:
وقتی از Reliability صحبت میشود . دو مبحث را می بایست مد نظر قرار داد .
۱- Mechanical Reliability
۲- Reliability of Measurment
در نگاه اول یک orifice meter از بعد مکانیکال بسیار قابل اعتماد می باشد ولی چونکه orifice meter باید با عنصر ثانویه خود در نظر گرفته شود و دیگر نمی توان گفت که این سیستم اندازه گیری اعتماد پذیری بالائی دارد.
اتفاقات زیادی می تواند رخ دهد که باعث خطا در orifice meter ها گردد که تنها یک بازرس با تجربه با پشتکار وبا انجام کالیبراسیون های مرتب می تواند آنها را در حد قابل قبول نگه دارد .
آزمایشات زیادی بر روی انحرافات ناچیز نسبت به یک اندازه گیری کامل نشان داده است که این انحرافات ناچیز باعث افزایش قابل توجه در خطای اندازه گیری می شوند .
در ذیل هفت خطای عمده که ممکن است در orifice meter ها بوجود بیاید ذکر شده است .
۱- اگر orifice plate با لبه شیب دار در جهت عکس نصب شود خطای ایجاد شده ۱۴% – می باشد .
۲- اگر آشغال و یا کثافات در upstream صفحه روزنه دار جمع شود خطای ایجاد شده حدود ۶٫۲%- خواهد بود
۳- اگر آشغال و کثافت در Down stream صفحه روزنه دار جمع شود خطای ایجاد شده حدود ۲٫۳%- می باشد
۴- اگر آشغال و کثافات در هر دو سمت صفحه روزنه دار جمع شود در این حالت اختلاف فشار بیشتری در دو طرف صفحه ایجاد شده و خطائی معادل ۳%+ ایجاد خواهد نمود .
۵- اگر کثافات روی خود orifice plate در قسمت up stream تشکیل شود باعث میشود که Vena Contracta ( ناحیه ای بعد از orifice plate که جریان حداقل فشار را دارد ) به سمت Down stream جابجا شود و در این حالت اختلاف فشار کمتری تولید خواهد شد وباعث ایجاد خطائی معادل ۲۳٫۱%- می نماید .
۶- رسوب های حلقه مانند(عمدتاً در اثر وجود روغن ، گریس و … در گاز) روی سطح upstream صفحه روزنه دار باعث کاهش اختلاف فشار به میزان زیاد شده و خطائی معادل ۲۷٫۷% – ایجاد می کند .
۷- اگر لبه های orifice plate دچار لبه پریدگی و یا گردشده در این حالت نیز Vena contracta به سمت Down stream جابجا شده و خطائی معادل ۱۱٫۲۵%- ایجاد می نماید .

خطاهای ذکر شده یا خطاهائی که در مجله pipeline & Gas Industry چاپ نوامبر ۲۰۰۱ و همان مجله چاپ دسامبر ۹۹ ذکر شده تقریباً همخوانی دارد .
لازم به ذکر است که ممکن است دو یا چند مورد از این خطاها با هم اتفاق بیفتند که مسلماً میزان error را بالا خواهند برد .
توجه به این نکته بسیار با اهمیت می باشد که حدود ۹۰% از خطاها منفی می باشند یعنی خطاهائی می باشند که دستگاه کمتر قرائت می نماید وبنابراین با توجه به میزان بالای خطاها و نیزمیزان گاز عبوری فروشنده بسیار متضرر خواهد شد .
در مورد Turbine meter ها درست است که دارای تعدادی قطعه متحرک می باشد ولی با کمی تأمل مشخص می شود که خود یک فایده نیز به حساب می آید چرا که در این حالت عیوب مکانیکی به سادگی و به راحتی قابل تشخیص می باشد ، مثلاً اگر index حرکت نکند تکنسین و اپراتور دستگاه به راحتی متوجه مشکل می گردد و در ضمن خطاهای احتمالی نیز به مراتب کمتر از آنچه درorifice meter ها اتفاق می افتد می باشد .
Maintenance:
orifice meter ها نیاز به بازرسی و چک کردنهای مداوم بخصوص برای عنصر ثانویه خود دارند و برای این کار نیز نیاز به دستگاههای مناسب و تکنسینهای آموزش دیده می باشد . همچنین در صورت وجود Recorder آنها نیز باید مرتب تست و کالیبره شوند و در شرایط خوب orifice meter ها باید هر سه ماه یکبار چک شوند . در صورتی که در مورد turbine meter ها در صورت بهره برداری مناسب تنها به روغن کاری احتیاج خواهند داشت .
Price:
با توجه به اینکه برای orifice meter ها طول مستقیم لوله زیادی نیاز می باشد و همچنین به عنصرثانویه و Integrator نیز نیاز دارد از لحاظ قیمت قابل قیاس با turbine meter ها می باشند . همچنین همانطور که ذکر شد با توجه به اینکه خطاهای orifice meter ها عمدتاً منفی می باشد خود هزینه های بسیار گزافی تولید خواهد کرد ضمن اینکه در صورت استفاده از Recorder نیاز به تعویض مداوم chart نیز می باشد .
قابل ذکر است که در اروپا و در بسیاری از کشورهای دیگر جهان و عمدتاً در کشورهای عضو اتحادیه اقتصادی اروپا (EEC) سیستم orifice metering بعنوان یک سیستم اندازه گیری برای حالت Transfer Custody مقبولیتی مانند turbine meter ها ندارد. ( نقل از B.J.Keperman, peco Instromet Inc )
جمع بندی :
بعنوان نتیجه گیری و جمع بندی می توان در مورد کاربرد orifice meter ها بعنوان یک وسیله اندازه گیری در حالت custody transfer موارد زیر را عنوان نمود .
۱- افت فشار در orifice meter ها زیاد می باشد
۲- Accuracy و uncertainty مربوط به orifice meter ها نسبت به turbine meter ها ضعیف تر می باشد .
۳- Rangeability دستگاه های مذکور بسیار کم می باشد و این محدودیتی قابل توجه در بعد اندازه گیری گاز در سیستم گازرسانی و فروش می باشد .
۴- خطاهای قابل پیش بینی و محتمل در orifice meter ها نسبتاً زیاد و میزان آنها نیز بالا می باشد و با توجه به اینکه اکثر خطاهائی که در این مقاله به آن اشاره شد منفی می باشد از بعد اقتصادی ضرر بسیار زیادی را برای شرکت ملی گاز ایران در بر خواهد داشت که توجه به این نکته حائز اهمیت زیادی می باشد .
۵- طول مستقیم مورد نیازدر orifice metering نسبت به turbine meter ها بیشتر می باشد این مسئله نیزعلاوه بر هزینه های ساخت در صورت عدم رعایت باعث خطا می گردد .
۶- orifice meter ها ( شامل orifice plate و ترانسمیتر و یا ریکوردر مربوطه ) می بایست بطور مرتب توسط افراد متخصص و بطور دقیق از زوایای مختلف چک شوند که در این صورت جهت نصب orifice plate می بایست از orifice fitting senior استفاده نمود که بتوان بدون قطع جریان orifice plate را جابجا و بازرسی نمود که این مورد نیز باعث بالا رفتن هزینه دستگاه می گردد .
مراجع و منابع:
۱- Jame N . witte , “ proper orifice meter test must include plate , tube inspection “ , pipe line & Gas industry, december 1999 Vol. 82 No . 12 .
۲- Edgar B.Bowles, jr, “New development in turbine flow meters “ pipeline & Gas industry November – December 2001
۳- JEFFREY L. MEREDLTH “ periodic inspection , cleaning key to orifice meter operation “ Pipe line & Gas industry november- December 2001 .
۴- “ Measurment of fliud flow by means of orifice plate , nozzels and venturi tubes inserted in circular cross section conduits running full “ Iso international standard 5167
۵- “ station Design “ , instromet co . Inc , Belgium
۶- American Gas Association Report No . 3, orifice metering of natural Gas and other related hydrocarbon fluids” , ۱۹۷۸
۷- william G.Andrew, Applied instrumentation in the process industry , vol . 2 .
۸- Lobit Datta – Barua “ New perspective on measurment “ pipe line & Gas journal, july 1997
دستورالعملهای کاری کنتورهای RMG , Instromet, Elster 9-
واحد اندازه گیری شرکت گاز استان فارس

 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
کتاب اندازه گیری جریان سیالات

کتاب اندازه گیری جریان سیالات

امروزه اندازه گیری جریان سیال بعنوان یکی از مهمترین پارامترهای اندازه گیری در صنایع مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در حقیقت اغلب کارشناسان پس از اندازه گیری دما مهمترین کمیت اندازه گیری در صنایع را فلو یا جریان سیال میدانند.با توجه به اهمیت اندازه گیری این کمیت و همچنین تنوع فرآیند صنایع گوناگون ، در طول زمان روشهای مختلفی برای اندازه گیری جریان سیال بوجود آمده است.انتخاب فلومتر مناسب برای هر کاربرد نیاز به دانش کلی نسبت به روشهای گوناگون فلومتری و در نظر داشتن پارامترهای اصلی اندازه گیری از قبیل دقت،قیمت تمام شده،هزینه های تعمیرات و کالیبراسیون، سازگاری عملکرد فلومتر با شرایط پروسه تولیدو…می باشد.
فلو متر یا دبی سنج وسیله ایست که حجم مواد عبوری را نسبت به زمان معرفی میکند . در بیشتر صنایع از جمله صنایع نفت و پتروشیمی و … دانستن مقدار دقیق فلوی عبوری سیالی مانند گاز و یا نفت حیاتی است . توجه به این نکته که میزان کل فلو که معرف جرم ماده مصرفی است در بسیاری موارد نظیر پروسه های صنعتی کاربرد دارد . همچنین اندازه گیری دقیق فلو به دلیل ملاحظات مالی در فروش وخرید حجم مشخصی از ماده و کالا مانند کنتور گاز خانگی و تبادلات نفتی و …اهمیت ویژه ای دارد.
تکنیکنهای مختلفی برای اندازه گیری فلو به کار میرود که میتوان به پاره از متداولترین آنها در زیر اشاره کرد:
روش جابجائی مثبت

اوریفیس پلیت
روش توربینی
روتامتری
آلتراسونیک با پدیده دوپلر
آلتراسونیک با روش زمان انتقال و…
ونتوری
مغناطیسی
فلومتر مخصوص کانالهای باز
گرمائی
پیتوت

چند نمونه از این فلومترها:
فلومتر جرمی کوریولیس
فلومترهای التراسونیک
فلومتر الکترو مغناطیسی
هرکدام ازاین فلومترهاساختمانی خاص واساس کارکردخودشان رادارند.
در ادامه می توانید کتاب اندازه گیری جریان سیالات را دانلود نمایید.
 

پیوست ها

  • flow meter(www.chemengiust.samenblog.com).pdf
    591.6 کیلوبایت · بازدیدها: 3

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
روش های اندازه گیری جریان

روش های اندازه گیری جریان

اندازه گیری جریان یکی از مهمترین جنبه های کنترل فرآیند و رایج ترین پارامتر اندازه گیری فرآیند میباشد. جریان سیال عبارت است از جابه جاشدن حجم سیال از یک نقطه به نقطه دیگر و از نظر کمی،جریان سیال برابر است با مقدار حجم عبوری از یک مقطع در واحد زمان. جریان سیال اهمیت فراوانی در اندازه گیری های صنعتی دارند زیرا مقدار و اندازه آنها بر متغیرهای دیگر چون فشار،سطح،دما و غلظت شیمیایی تأثیر دارند.
اندازه گیری دبی جریان حائز اهمیت بسیار بوده و کاربرد آن اندازه گیری دبی خون در رگ های انسان تا اندازه گیری دبی اکسیژن مایع در موشک گسترده است.بسیاری از پروژه های تحقیقاتی و فرایند های صنعتی برای ارائه داده های مهم به اندازه گیری دبی جریان وابسته هستند.
اندازه گیری جریان کار ساده ای نیست و خطای ناشی از نصب نیز بر دقت اندازه گیری تأثیر میگذارد. جریان تعیین میکند که ماده با چه سرعتی حرکت میکند. جریان شامل سه جزء جریان حجمی، جریان جرمی، سرعت جریان میباشد. جریان را به صورت لایه ای و مغشوش نیز میتوان بیان کرد. در جریان لایه ای، سیال موازی با سطح دیواره لوله حرکت میکند و به طور یکنواخت و در یک جهت یکنواخت جابه جا میشود در حالیکه در جریان مغشوش، مایع دائماً بهم میخورد.
عمل ثبت مقدار ماده مصرفی یا انتقال داده شده، توسط سنجش دبی صورت میگیرد و با توجه به آن هزینه ها مشخص میگردند و ازاین رو سنجش دبی جایگاه ویژه و مخصوصی در صنعت دارد. برای اندازه گیری میزان جریان عبوری از مسیر عبور سوخت از سنسور دبی سنج استفاده میشود که دسته بندی دبی سنج ها، براساس نوع فناوری به کار رفته، نحوه نصب دبی سنج و کمیت مورد اندازه گیری صورت میگیرد. جریا ن سنج ها بر اساس اصول کار به چهار دسته تقسیم میشوند: حجمی، جرمی، استنتاجی، سرعتی. جریان سنج های حجمی و جرمی، جریان را به صورت مستقیم و انواع استنتاجی، جریان را به صورت غیرمستقیم اندازه گیری میکنند.
در بعضی موارد، اندازه گیری دبی به دقت زیادی نیاز دارد در حالی که در موارد دیگر اندازه گیری تقریبی کفایت می کند.در انتخاب وسیله اندازه گیری مناسب برای کاربرد خاصی، پارامتر های بسیاری از جمله هزینه دخالت دارند. در بسیاری از بهره برداری های صنعتی دقت اندازه گیری دبی مستقیما با سود و زیان در ارتباط است.
به عنوان مثال ساده می توان از پمپ های بنزین موجود در جایگاه های فروش بنزین نام برد.مثال دیگر کنتور آب منزل است. به سهولت می توان دید که یک خطای کوچک در اندازه گیری جریان گاز طبیعی یا نفت یکی خط لوله در یک مدت زمان معین معادل هزار ها دلار است.
لذا، عالم آزمایشگاهی تنها فردی نیست که به اندازه گیری دقیق جریان اهمیت می دهد، مهندسی که در صنعت کار می کند نیز به آن توجه دارد زیرا اندازه گیری جریان روی سود و زیان شرکت تاثیر می گذارد.
وسایل اندازه گیری دبی برای تعیین خروجی دستگاه غالبا به اندازه های دقیق فشار و دما نیاز دارند. اندازه گیری این کمیت ها خود مبحثی گسترده می باشد. در اینجا متذکر می شویم که دقت بسیاری از وسایل رایج اندازه گیری جریان اصولا به دقت اندازه گیری فشار و دما بستگی دارد.دبی هم بر حسب واحد های مختلف حجم بیان می شود و هم بر حسب واحد های جرم. بعضی از واحد های رایج عبارتند از :
گالن، لیتر، فوت مکعب بر دقیقه، فوت مکعب استاندارد در دقیقه هوای ۲۰ درجه سیلسیوس و فشار ۱ اتمسفر
لازم به ذکر است که وسایل اندازه گیری دبی تجاری نوعا دبی را به صورت حجمی در شرایط استاندارد یک اتمسفر و ۲۰ درجه سانتی گراد نشان می دهند. واحد های به کار رفته عبارتند از فوت مکعب استاندارد در دقیقه (scfm) و سانتی متر مکعب در دقیقه (sccm).


به مرور روش های مختلف اندازه گیری جریان در پست های بعدی در سایت قرار خواهد گرفت.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
روتامتر

روتامتر

روتامتر دبی سنجی است که استفاده از آن بسیار رواج دارد .جریان سیال از پایین وارد لوله ی مخروطی قائم شده و باعث می شود که شناور به طرف بالا حرکت کند.شناور تا نقطه ای در لوله بالا می رود که نیروی مقاوم با نیروی وزن و شناوری موازنه گردد.در این صورت مکان شناور معرف دبی جریان است.این وسیله گاهی اوقات شمارگر سطحی نامیده می شود زیرا ارتفاع شناور به سطح حلقوی میان شناور و لوله ی مخروطی بستگی دارد.به هر حال این شمارشگر بر مبنای اصل فیزیکی نیروی مقاوم کار می کند به طوری که آن را در این طبقه جای می دهیم.
از موازنه ی نیروها روی شناور نتیجه می شود:
(۱) Fd + ρf * Vb * g / gC =ρb* Vb* g / g C
که در آن ρf و ρb چگالی سیال و شناور، vb حجم کلی شناور، G شتاب ثقل و Fd نیروی مقاوم است که به صورت زیر نوشته می شود:​
(۲) (Fd = Cd * Ab * (ρf * Um^2) / (2* gC
Cd ضریب نیروی مقاوم Ab ،سطح روبروی شناور و Um سرعت میانگین جریان در فضای حلقوی میان شناور و لوله است.​
از ترکیب معادلات نتیجه می شود:​
(۳) (um = [1 / Cd * (2 *g*Vb) / Ab * ((ρb / ρf) -۱) ] ^ (۱/۲
(۴) (Q =A *um = A * [1 / Cd * (2*g*Vb) / Ab* (ρb / ρf -1) ]^(1/2
که در آن A مساحت سطح حلقوی است و به صورت زیر نوشته می شود:
(۵) [A = π/۴ [( D+ay )^2 – d^2
D قطر لوله در ورودی لوله، d قطر ماکزیمم شناور، y فاصله ی عمودی از ورودی و a مقدار ثابتی است که واگرایی لوله را نشان می دهد.
ضریب نیروی مقاوم به عدد رینولدز و در نتیجه به لزجت سیال بستگی دارد، ولی می توان از شناورهای مخصوص استفاده کرد که ضریب نیروی مقاوم آنها اساسا ثابت بوده و لذا مقادیر خوانده شده ی شمارگر مستقل از لزجت باشد. باید توجه داشت که در بسیاری از شمارگرهای حقیقی، رابطه ی درجه دوم سطح که توسط معادله ی (۵) دیده می شود برای اندازه های حقیقی لوله و شناور تقریبا به یک رابطه ی خطی تبدیل می شود. با فرض یک چنین رابطه ی خطی، معادله ی دبی جرمی به صورت زیر نوشته می شود:​
(۶) ((m ̇ = C1 * Y * √(ρf* (ρb – ρf
که در آن C1 یک ثابت مناسب برای شمارشگر است.غالبا داشتن روتامتری که مقادیر خوانده شده ی آن مستقل از چگالی سیال باشد مفید است، یعنی می خواهیم:
m ̇)/(∂ ρf )=0 ∂)
با انجام این مشتق گیری خواهیم داشت:​
(۷) ρf = 2*ρb
ودبی جرمی برابر است با:
(۸) m ̇= (C1 * ρb * Y) / 2
لذا با انتخاب شناور مناسب تغییرات چگالی سیال خنثی می شود. اگر چگالی سیال نسبت به مقدار آن از معادله (C= Q actual / Q idea ) بیست و نه درصد تغییر کند، خطای معادله (۸) کمتر از ۰/۲ درصد خواهد بود.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
فلومتر التراسونیک

فلومتر التراسونیک

میان کنتورهاى اندازه گیرى گازکه تاکنون ساخته شده است کنتورهاى التراسونیک(فلومتر التراسونیک) بیشتر ین تاثیر را بر مصرف کننده داشته است.
دراین قسمت درخصوص نحوه کار کنتورهاى مافوق صوت جهت اندازه گیرى گازطبیعى بحث شده و ویژگى دونوع فلومیتر که درایالات متحده امریکا تست وتنظیم گردیده اند، توضیح داده می شود.
امواج مافوق صوت چه هستند؟
امواج مافوق صوت چیست و چگونه توسط آنها میزان جریان گاز یا سیال اندازه گیرى می شود؟ در کنتورهاى آلتراسونیک از امواج صوتى که فرکانس آن فراتر از فرکانسى است که بشر میتواند بشنود استفاده می شود. اغلب مردم امواج صوتى را که فرکانس آن بین ٢٠ و ٢٠٠٠٠ سیکل در ثانیه یا هرتز می باشد، مىتوانند بشنوند اما امواج مافوق صوت امواج صوتى هستند که فرکانس آن بالاتر از ٢٠٠٠٠ سیکل در ثانیه مى باشد. تعدادى از حیوانات این صداها را شنیده و یا از خود صادر مى کنند. بطورمثال خفاش امواج صوتى مافوق صوت راشنیده و از خود نیزچنین امواجى صادر می کند و از این امواج جهت راهبرى، هدایت و شکار استفاده مى نماید، حشرات نیز مى توانند امواج آلتراسونیک راحس کرده و از این طریق به وجود شکارچى ها پى ببرند.
امواج آلتراسونیک براى پیدا نمودن ترکهاى ریز در قطعات صنعتى و همچنین اکتشاف عمق اقیانوس ها و تشخیص بیماری و همچنین رفتار بیماری به کار برده می شوند.
کنتورهاى آلتراسونیک چگونه کار میکنند؟
کنتورهاى آلتراسونیک جهت کار در مدار بسته لوله ها و همچنین کانالهاى باز همانند جویبار و رودخانه ها طراحى گردیده اند . در مدار بسته لوله ها براى اندازه گیرى هر دو حالت مایع و گاز کاربرد دارند. فلومیترهاى آلتراسونیک بر اساس ارسال سیگنالهاى آلتراسونیک که بصورت موج از یک سمت لوله به سمت دیگر صادر مى شود کار کرده و زمانى را که سیگنال ازعرض لوله عبور مى نماید اندازه گیرى مى کنند . عبور جریان سیال یا گاز بر روى سیگنالها اثر مى گذارند و سرعت جریان سیال یا گاز متناسب با زمان عبور یک سیگنال آلتراسونیک از یک سمت لوله به سمت دیگر اندازه گیرى مى شود. یعنى کنتورهاى مافوق صوت،زمان عبور موج را اندازه گیرى کرده و براساس آن سرعت عبورسیال یا گاز را محاسبه مى نمایند.
کنتورهاى آلتراسونیک در دو نوع DOPPLER و TRANSIT TIME ساخته شده ا ند و هر دو نوع از تاثیر جریان عبورى از لوله که باعث تغییر زمان عبور موج آلتراسونیک از عرض لوله خواهد شد کار می کنند.
هردو نوع کنتور فوق مجهز به مبدل ارسال و دریافت مى باشند، که در فلومیترهاى TRANSIT TIME یک مبدل فرستنده موج آلتراسونیک را از عرض جریان سیال یا گاز به سمت مبدل گیرنده ارسال مى کند. در بسیارى از حالات مبدل فرستنده و گیرنده در یک سمت لوله قرار دارند و موج آلتراسونیک از یک سو به سمت مخالف لوله پرتاب شده و سپس به سمت مبدل گیرنده برگشت مى نماید. دراین حالت مبدل گیرنده، یک فرستنده مى شود و سیگنا ل برگشت شده را به سمت مخالف ارسال خواهد کرد و مبدل فرستنده، یک گیرنده خواهد شد.
زمانى که پالسهاى آلتراسونیک در جهت جریان عبورى سیال یا گاز گذر مى نمایند، سرعت آن بیشتر از حالتى خواهد بود که در جهت مخالف جریان جارى شده قرار مى گیرند. باتوجه به تناوب مابین سیگنالهاى صادرشده و دریافت شده و اندازه گیرى زمان عبور موج از عرض لوله، سرعت میزان جریان گاز عبورى توسط مبدل محاسبه خواهد شد.
فلومیترهاى آلتراسونیک نوع DOPPLER نیزبااستفاده از امواج مافوق صوت کار مى کنند. اما بجاى ارسال موج از یک سمت لوله به سمت مخالف لوله از انحراف امواج توسط هوا یا ذراتى که همراه جریان گاز مى باشند استفاده شده است. زمانى که شعاع موج صادر شده به هوا یا ذرات برخورد مى نماید، تغییر فرکانس درموج پدید خواهد آمد و متناسب باجریان گاز یا سیال تغییرات در فرکانس بوجود مى آید. لذافلومیترهاى آلتراسونیک نوع DOPPLER مقدار فرکانس را اندازه گیرى نموده وبراساس این اندازه گیرى سرعت جریان گاز یا سیال عبورى از لوله محاسبه مى شود.
مزایاى کنتورهاى آلتراسونیک
مزایاى کنتورهاى آلتراسونیک چیست و چرا بازار را به سرعت تسخیر نموده اند؟
یکى از عمده ترین مزایاى کنتورهاى آلتراسونیک که اغلب مورد بحث قرار مى گیرد دقت بالاى آنهاست . مزایاى دیگر شامل موارد ذیل مى باشد:
o افت فشار نداشته و یا افت فشار در آنها خیلى کم است .
افت فشار اصلى ترین پیامد در ایستگاههاى انتقال گاز طبیعى می باشد و جبران افت فشار و رساندن آن به حد اولیه مستلزم صرف هزینه خواهد بود. دستگاههاى اندازه گیرى جریان از نوع اورفیسمیتر باعث افت فشارمی گردند، زیرا صفحه سوراخدار یا ORIFICE PLATE بصورت سد و مانعى در مسیر عبور جریان قرار مى گیرد و طبعاً عبور جریان گاز طبیعى از مسیر باز صفحه سوراخ دار که ضرورى است کوچکتر از قطر لوله اصلى باشد، باعث افت فشار خواهد شد. در زمان عبور گاز از کنتورهاى توربینى هم افت فشار صورت مى گیرد و سرعت چرخش توربین میزان جریان عبورى گاز را تعیین مى کند. در صورتی که در کنتورهاى آلتراسونیک قطعه اى بصورت مانع در مسیر جریان وجود ندارد به این دلیل در آنها افت فشار وجود نداشته و یا بسیار ناچیز است.
o قطعات متحرک ندارد
قطعات متحرک اساسى ترین مشکل کنتورهاى توربینى است. کنتورهاى توربینى مجهز به روتورى می باشندکه متناسب با سرعت عبور جریان مى چرخند. این روتور شامل یاتاقانهایى است که فرسوده مى شوند. مواد شیمیایى و آلودگى و کثیفى گاز که بر روى این یاتاقانها اثر مى گذارند، می توانند بر روى کار مناسب کنتورهاى توربینى نیز تاثیرگذار باشند. اما امواج آلتراسونیک بصورت الکترونیکى ارسال می گردند و فقدان قطعات متحرک باعث مى شود که کنتورهاى آلتراسونیک نیاز به تعمیرات خیلى کم داشته باشند.
o تعمیرات آن کم مى باشد
فقدان قسمتهاى متحرک علاوه براینکه نیاز به تعمیر و نگهدارى را در کنتورهاى آلتراسونیک کم مى کند باعث عدم فرسودگى آنها نیز مى گردد. از آنجایى که اورفیسمیترها در معرض فرسودگى دائم مى باشند این موضوع مى تواند سبب کاهش دقت اندازه گیرى آنها شود. با توجه به اینکه همراه باجریان گاز، کثیفى و ناخالصى وجود دارد، در نتیجه کنتورهاى روزنه اىیا اورفیسمیترها باید به صورت دورهاى جهت کنترل میزان فرسودگى چک گردند ومعین شود که آیا آنها هنوز دقت لازم و کافى را دارند یا خیر. اما به دلیلا ینکه در کنتورهاى آلتراسونیک قطعات متحرک وجود ندارد، لذا تحت فرسودگى نمى باشند وطبعاً هزینه تعمیر و نگهدارى در آنهاخیلى کم است
o بسادگى مى تواند در لوله هاى با سایز بالا بکار رود
یکى از برجسته ترین مزایاى کنتورهاى آلتراسونیک این است که به سادگى قابل نصب بر روى لوله هاى سایز بالا مى باشند. در واقع کنتورهاى آلتراسونیک براى اندازه گیرى گاز در لوله هاى ۶ اینچ و بالاتر مناسب ترین حالت است. براى اندازه گیرى جریان گاز در لوله هاى سایز بالا مانند لوله هاى ٢٠ و ٣٠ و ٣۶ اینچ ممکن است نیاز به بیش از یک ORIFICE PLATE باشد و در شرایطى لازم است تا براى اندازه گیرى به یک گروه از لوله ها با سایز کوچکتر تبدیل شوند، در صورتیکه یک کنتور آلتراسونیک مى تواند جایگزین تعداد زیادى، حتى در حد ده عدد کنتور روزنه اى یا ORIFICE PLATE گردد.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
اندازه گیر توربینی

اندازه گیر توربینی


یکی از انواع رایج وسایل اندازه گیری دبی شمارشگر توربینی است.با عبور سیال از شمارشگر، توربین کوچک به چرخش در می آید.در داخل چرخ توربین یک مغناطیس دائمی قرار داردکه با آن می چرخد.یک برگیر مقامت مغناطیسی در بالای شمارشگر نصب شده که به ازای هر دور توربین یک پالس ثبت می کند.نظر به اینکه دبی حجمی با تعداد دور توربین نسبت مستقیم دارد خروجی پالس کلی را می توان به عنوان معرف دبی کلی دانست. آهنگ پالس ها متناسب است دبی و پاسخ گذرای شمارگر بسیار خوب است.برای شمار گر توربینی یک ضریب جریان به نحوی تعریف می شود که:

Q=f/k
در این رابطه f فرکانس پالس است.ضریب جریان به دبی و لزجت سینماتیکی سیال بستگی دارد این شمارگر خاص دبی را با دقت ۵/۰± درصد در گستره ی نسبتا وسیعی از دبی ها نشان می دهد.​
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
فلومتر ورتکس

فلومتر ورتکس


فلومتر ورتکس یکی از انواع فلومتر های ارتعاشی می باشد که به راحتی پیکر بندی و نصب می شود. این میتر می تواند مایعات مختلف (به عنوان مثال :آب، روغن، نفت، الکل، اسید، باز و …)، گاز (به عنوان مثال: هوا ، اکسیژن ، N2 ، گازطبیعی ، گاز زغالسنگ)و بخار (به عنوان مثال: بخاراشباع، بخار آب بیش از حد گرم) را اندازه گیری و کنترل کند.
اصول اندازه گیری در ورتکس
اندازه گیر ورتکس بر اساس اصل کارمن می باشد. انتقال دهنده جریان از یکی بدنه با قطر اسمی مشابه و یکی برش عرضی سه گوش تشکیل شده است. زمانی که یک شی ستونی در مسیر جریان سیالات (گاز و مایع) در لوله قرار می گیرد مجموعه ای از گردابه ها به تناوب در کناره های شی همانند شکل زیر تولید خواهند شد.
این پیچش به عنوان مسیر های گردابه های کارمن شناخته شده است. فرکانس جدایش ورتکس متناسب با سرعت و عکس عرض ستون است.
f=St×V/d
Where: f—frequency of Karman Vortex shedding
V—flow rate velocity
St—Strouhal number
d—width of column object

با اندازه گیری از Karman Vortex shedding میتوان فرکانس را به دست آورد.با آزمایش میتوان عدد Strouhal number را به دست آورد.​
از فرکانس Karman Vortex shedding سرعت را می دانیم، پس می توان دبی حجمی را محاسبه نمود.تعداد پالس خروجی در یک دوره زمانی بر حجم سیال با رابطه زیر بیان می شود که ضریب ابزار نامیده می شود.​
K=N/Q
(Where: K—Coefficient of instrument (Pulse number/ m3
N—Pulse number
(Q—Volume of fluid (m3

 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
باد سنج سیم داغ و فیلم داغ

باد سنج سیم داغ و فیلم داغ


باد سنج فیلم داغ وسیله ای است که غالبا در کاربرد های تحقیقاتی برای مطالعه ی تغییرات سریع شرایط جریان مورد استفاده قرارمی گیرد.یک سیم نازک که با عبور جریان برق گرم می شود در داخل جریان سیال قرار داده می شود.کار اولیه ی کینگ نشان داده است که آهنگ انتقال گرما از این سیم را می توان به شکل زیر بیان کرد:
(۱) (∞q=(a+b*u^0.5) (Tw – T
که در آن
Tw= دمای سیم
∞T = دمای سیال در جریان ازاد
u = سرعت سیال
a و b = ثابت هایی که از درجه بندی وسیله به دست می آیند.
آهنگ انتقال گرما به صورت زیر نوشته می شود:​
(۲) [(q=i^2* Rw=i^2* R0 [1+a(Tw- T0
که در آن :
¡ = جریان برق
R0= مقاومت سیم در دمای مرجع
α = ضریب دمای مقاومت
برای اندازه گیری سیم داغ به یک مدار پل وصل می گردد.جریان توسط اندازه گیری افت ولتاژ در دو سر مقاومت استاندارد RS تعیین می شود و مقاومت سیم به کمک مدار پل به دست می آید.برای اندازه گیری های حالت دائم از شرط صفر می توان استفاده کرد در حالیکه برای اندازه گیری های گذرا از نوسان نگار (اسیلوگراف) استفاده می شود.
با تعیین ¡ و Rw سرعت جریان از معادلات (۱) و (۲) محاسبه می شود.
کاوشگرهای سیم داغ به طور گسترده برای اندازه گیری جریان های گذرا، مخصوصا اندازه گیری افت و خیز های مغشوش مورد استفاده قرار گرفته اند.ثابت های زمانی از مرتبه ۱میلی ثانیه را می توان با به کار گیری سیم های پلاتین یا تنگستن به قطر ۰.۰۰۰۱ در هوا به دست آورد.
هرگاه برای اندازه گیری جریان هایی که تغییرات تندی دارند از سیم داغ استفاده شود پاسخ گذرای مشخصه های گرمایی و مقاومت الکتریکی سیم هر دو باید در نظر گرفته شوند.در عمل از دو نوع اقدام جبرانی استفاده می شود:
یک آرایش جریان ثابت، که در ان مقاومت بزرگی با سیم داغ سری می گردد و سپس یک مدار جبران کننده به ولتاژ جریان متناوب خروجی اعمال می شود.
یک آرایش دما ثابت، که در آن یک مدار کنترل پس خور (فید بک) اضافه می شود تا با تغییر جریان، دمای سیم تقریبا ثابت بماند.پاسخ سیم به زاویه ای که سرعت جریان با محور سیم می سازد بستگی دارد و تکنیک هایی ابداع شده تا این اثر به حساب آورده شود.نسبت طول به قطر سیم {L/d} نیز تاثیر مهمی بر عملکرد اندازه گیری دارد.این نسبت برای سیم های داغ نوعی حدود ۵۰ است.​
یکی از اصلاحاتی که در روش سیم داغ به عمل می آید از یک استوانه عایق کننده کوچکی تشکیل شده که با یک فیلم نازک فلزی پوشیده شده است.این وسیله را کاوشگر سیم داغ می نامند. اجزای این کاوشگر عبارتند از:
الف) پایه فلزی نگه دارنده حس کننده (سنسور)، که به عنوان یک پایانه (ترمینال) الکتریکی عمل می کند.
ب) پوشش اپاکسی (چسب دو قلو)
ج) پیوند طلایی برای اتصال الکتریکی و مکانیکی
د) ابکاری طلا، با ضخامت تقریبی ۵ میکرون
ه) لوله ی شیشه ای، با قطر تقریبی ۲۵ تا ۱۰۰ میکرون
این ضخامت های نوعی توسط شرکت سیستم های گرمایی (در شهر مینیا پلیس ایالت مینه سوتا) به کار رفته است.
کاوشگر های فیلم داغ به نوسانات سرعت سیال بی نهایت حساس هستند و در اندازه گیری هایی با فرکانس ۵۰۰۰۰ هرتز به کار برده شده اند.برای انجام این اندازه گیری ها به وسایل الکترونیکی مجهزی نیاز است.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
دبی سنج های مغناطیسی

دبی سنج های مغناطیسی

جریان یک سیال رسانا از داخل یک میدان مغناطیسی را در نظر بگیرید.چون این سیال عبور یک رسانا از داخل یک میدان را نشان می دهد، ولتاژی القا می شود که برابر است با:


E= BLU×۱۰^ -۸

که در ان B چگالی شار مغناطیسی، گاوس U سرعت رسانا cm/s و L طول رسانا، cm می باشد.طول رسانا متناسب با قطر لوله و سرعت متناسب سرعت میانگین جریان است.ولتاژ القا شده را که معرف مستقیم سرعت جریان است، ثبت می کنند.
دو نوع دبی سنج مغناطیسی به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد.یکی از این دو نوع دارای روکش لوله ی نارسانا است و برای سیالات با رسانندگی کم نظیر آب استفاده می شود.الکترودها به نحوی نصب شده اند که با روکش نارسانا در یک سطح قرار دارند و با سیال در تماس هستند.معمولا در این شمارگرها از میدان های مغناطیسی متناوب استفاده می شود زیرا خروجی ضعیف است و نیاز به تقویت دارد.در نوع دوم دبی سنج مغناطیسی از سیالات با رسانندگی زیاد نظیر فلزات مایع استفاده می شود.در این حالت یک لوله از جنس فولاد ضد زنگ که الکترود ها مستقیما به خارج لوله متصل شده اند و در امتداد قطر در مقابل یکدیگر قرار دارند به کار برده می شود خروجی این نوع شمارگر به حد کافی قوی است و می توان از ان به منظور قرائت مستقیم استفاده کرد.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
روش های مشاهده جریان

روش های مشاهده جریان


جریان سیال موضوع پیچیده ای است که بسیاری از جنبه های مختلف آن هنوز تسلیم روشهای دقیق تحلیلی نگشته است.در نتیجه مسائل اندازه گیری جریان به واسطه ی عدم وجود روابط تحلیلی برای انجام محاسبات و تحویل داده های تجربی، همیشه ساده و دقیق نیستند.
تعبیر و تفسیر داده های مربوط به توربولانس یا اندازه گیریهای لایه ی مرزی پیچیده، جریان لزج و اثرات امواج ساده نیستند.غالبا کاوشگرهایی که برای اندازه گیری پروفیلهای فشار، سرعت و دما به کار گرفته می شوند جریان را تغییر می دهند به طوری که تجربه گر در مورد اثری که اندازه گرفته است اطمینان ندارد.مشاهده ی جریان با روش های اپتیکی این مزیت را دارد که اگر صحیح اجرا شود، جریان سیال را آشفته نمی سازدو لذا برای تجربه گر یک ابزار اضافی محسوب می گردد تا همراه با سایر وسایل اندازه گیری مورد استفاده قرار دهد. در بعضی موارد روش های مشاهده ی جریان برای اندازه گیری نسبتا دقیق پارامتر های مهم جریان به کار گرفته می شوند، در حالی که در موارد دیگر از آنها به منظور جمع آوری اطلاعات کیفی درباره رفتار کلی جریان استفاده می شود.
در ادامه اصول برخی از روش های مقدماتی مشاهده ی جریان را مورد بحث قرار داده و کاربرد آن ها را نشان خواهیم داد.
میدان جریان گازی را در نظر بگیرید.جریان در امتداد عمود بر صفحه ی کاغذ است، یعنی امتداد محور z. یک پرتو نور ورودی به واسطه ی گرادیان چگالی جریان به اندازه ی زاویه ی ε منحرف می گردد.
می توان نشان داد که برای گرادیان های کوچک چگالی، زاویه ی انحراف به صورت زیر است:
(۱) (ε= L/n1 (dn/dy)(y=y1 ) = Lβ/ρs (dρ/dy)(y=y1
که در آن L عرض میدان جریان، ρ چگالی موضعی سیالs، ρ یک چگالی مرجع که معمولا در شرایط استاندارد در نظر گرفته می شود و n ضریب شکست است که برای گازها به صورت زیر نوشته می شود:​
(۲) n=(1+β ρ/ρs ) n1
β یک ثابت بی بعد است که مقدار آن برای هوا در حدود ۰.۰۰۰۲۹۲ است.
n1 ضریب شکست در خارج از میدان جریان است و می توان آن را در معادله ی (۱) تقریبا برابر با یک در نظر گرفت.​
به موجب معادله ی (۱) انحراف زاویه ای پرتو نور ε متناسب است با گرادیان چگالی جریان.این یک اثر اپتیکی مقدماتی است که در کنار مشاهده ی جریان مورد استفاده قرا می گیرد.باید توجه داشت که انحراف پرتو نور معرف گرادیان متوسط چگالی در امتداد محور x است. لذا این اثر در درجه ی اول برای نشان دادن تغییرات چگالی در دو بعد (در این حالت ابعاد y و z ) مفید است و از تغییرات در بعد سوم میانگین می گیرد.​
در بخش هایی که به دنبال می آید چند روش اپتیکی مشاهده ی جریان را برای استفاده در سیستم های گازی مورد بحث قرار می دهیم.برای مشاهده ی جریان مایعات یک روش تجربی اضافه کردن رنگ به مایع برای مطالعه ی پدیده ی جریان است.
روش دیگری که توجه قابل ملاحظه ای به آن معطوف شده روش به اصطلاح حباب هیدروژن است.این روش شامل استفاده از یک سیم نازک است که در آب قرار داده می شود تا به عنوان یک انتهای مدار جریان مستقیم، آب را تجزیه ی الکتریکی کند.
بدین ترتیب حباب های بسیار کوچک هیدروژن در مایع تشکیل می شود. حرکت حباب ها را می توان با روشنایی دادن به جریان مورد مطالعه قرار داد.کاربرد این روش توسط شراب،کلاین و سایرین مشرحا توضیح داده شده است.​
به مرور روش های مشاهده جریان در سایت قرار خواهد گرفت.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
مشاهده ی جریان سایه نگار

مشاهده ی جریان سایه نگار


روش سایه نگاری روش مستقیمی برای مشاهده ی پدیده ی جریان است. میدان جریان شکل زیر را با یک گرادیان چگالی در جهت y در نظر بگیرید. همانطور که دیده می شود پرتو های موازی نور وارد مقطع آزمایش می شود.در نواحی که هیچ گونه گرادیان چگالی وجود ندارد، پرتو های نور مستقیما و بدون انحراف از میان مقطع آزمایش عبور می کنند.



مدارهای پالس ولتاژ برای روش حباب هیدروژن

در نواحی که گرادیانی وجود دارد، پرتو ها منحرف می شوند.اثر نهایی به این صورت است که پرتو ها بعد از خروج از مقطع آزمایش به یکدیگر می پیوندند و نقاط روشن و تاریکی به وجود می آورند.روشنایی حاصل به انحراف نسبی پرتوهای نور dδ/dy و در نتیجه به d^2 p / dy^2 بستگی دارد. بنابراین روشنایی روی پرده ای که در خارج از مقطع آزمایش واقع شده به مشتق دوم چگالی در نقطه ی مورد نظر بستگی دارد.

سایه نگار یک ابزار اپتیکی بسیار ساده است و اثرات آن را می توان در چندین پدیده ی روزانه و تنها به کمک چشم غیر مسلح و در نور اتاق مشاهده کرد.لایه ی مرزی جابجایی آزاد روی یک اجاق برقی افقی، اگر از لبه به آن نگاه شود، به وضوح قابل رویت است.این پدیده به خاطر گرادیان های چگالی که از گرمایش هوا در نزدیکی سطح داغ حاصل می شود قابل رویت است. هر گونه سعی و تلاش برای تعیین چگالی های موضعی به کمک عکس برداری از سایه بیهوده است.اما برای مشاهده ی نواحی جریان مغشوش، سایه نگار بسیار مفید است و از این روش می توان محل امواج ضربه ای را با دقت زیاد تعیین کرد.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
مشاهده ی جریان شلیرن

مشاهده ی جریان شلیرن


a- تصویر شماتیک مشاهده ی جریان شلیرن
b-جزئیات لبه ی تیز


در حالی که سایه نگار حاکی از مشتق دوم چگالی در میدان جریان می باشد، شلیرن وسیله ای است که گرادیان چگالی را نشان می دهد.
تصویر شماتیک شکل زیر را در نظر بگیرید. نوری که از چشمه ی شکاف مانند ab خارج می شود توسط عدسی L1 موازی شده و روی صفحه ی ۱ در مقطع آزمایش کانونی می گردد.پس از عبور از عدسی L2، تصویر معکوس چشمه در صفحه ی کانونی ۲ تشکیل می شود. سپس عدسی L3 تصویر مقطع آزمایش را روی پرده در صفحه ی ۳ کانونی می کند. اکنون فرآیند تصویر سازی را با جزئیات بیشتر در نظر می گیریم.مخروطهای نوری که از نقطه ی a سرچشمه می گیرند قسمتی از عدسی های مختلف را اشغال می کنند که با نواحی اشغال شده توسط مخروطهای نوری دیگری که از b یا هر نقطه ی دیگر منبع شکاف مانند سرچشمه می گیرند، متفاوت است. نواحی که در آن این مخروط ها روی هم قرار می گیرند در شکل نشان داده شده است. توجه کنیدکه کلیه ی مخروطهای نوری از صفحه تصویر cd در مقطع آزمایش و صفحه تصویر منبع b’a’عبور می کنند. بنابراین تصویر مقطع آزمایش در d’c’ به طور یکنواخت روشن می شود، زیرا روشنایی تصویر در b’a’ یکنواخت است. یعنی کلیه ی نقاط صفحه ی b’a’ به یک صورت توسط هرگونه اثرات سیال که ممکن است در مقطع آزمایش اتفاق افتد تحت تاثیر قرار می گیرند.
اگر چگالی در مقطع آزمایش کاملا یکنواخت باشد، مخروطهای نور به صورتی که در شکل نشان داده شده ظاهر می شوند. مخروطی که از نقطه ی c سرچشمه می گیرد به اندازه ی مخروطی که از d سرچشمه می گیرد منحرف می شود. این موضوع با این مشاهده که کلیه ی مخروطهای سرچشمه گرفته از cd به طور کامل صفحه ی تصویر b’a’ را پر می کنند، سازگار است.اکنون تاثیر قرار دادن یک مانع در صفحه ی b’ c’ را تحت این شرایط در نظر بگیرید.بلافاصله نتیجه می گیریم که یک چنین مانعی روشنایی روی پرده را با ضریبی متناسب با سطح قطع شده ی b’a’ به طور یکنواخت کاهش می دهد.
اکنون فرض کنید که در صفحه ی کانونی cd مقطع آزمایش یک گرادیان چگالی وجود دارد. مفهوم آن این است که کلیه ی مخروطهای نوری که از این صفحه سرچشمه می گیرند دیگر صفحه تصویر b’a’ را به طور کامل پر نمی کنند.
اکنون اگر مانعی در صفحه ی b’a’ قرار داده شود، از بعضی از نقاط موجود در صفحه ی مقطع آزمایش نور بیشتری را قطع می کند و نتیجه ی آن ظاهر شدن نواحی روشن و تاریک روی پرده در صفحه ی ۳ است. به این مانع لبه تیز می گویند و تغییر روشنایی حاصل روی پرده را اثر شلیر نمی نامند.
اکنون تغییر روشنایی را با جزئیات بیشتر بررسی می کنیم. در شکل ب، ارتفاع کلی تصویر منبع برابر y بوده و قسمتی که توسط لبه ی تیز قطع نمی شود برابر با y1 است.بنابراین روشنایی کلی روی پرده I متناسب با y1 است. جابجایی زاویه ای یک مخروط نور در صفحه ی ۱ برابر ε است.انحراف عمودی حاصل از آن در صفحه ی ۲ برابر است با :

(۱) y=ε F2 ∆
که در آن f2 فاصله ی کانونی عدسی L2 است. درنتیجه این انحراف، روشنایی روی پرده به طور نسبی تغییر می کند. تمایز در هر نقطه از پرده به صورت نسبت تغییر نسبی روشنایی به روشنایی کلی تعریف می شود:​
(۲) C= ΔI / I=∆y / y1 =ε F2 / y1
عبارت مربوط به تمایز به صورت زیر نوشته می شود:

(۳) (c= (f2 *lB / yl* ρs) (dρ/dy
بنابراین تمایز روی پرده مستقیما متناسب با گرادیان چگالی در جریان است.
مشاهده می گردد که با کاهش فاصله ی y1 یعنی با قطع کردن بیشتر نور در تصویر منبع، تمایز افزایش می یابد.این کار روشنایی عمومی را نیز کاهش می دهد. به طوری که تمایز را نمی توان به طور نامحدود افزایش داد و باید حد میانه ای را پذیرفت.عکس های شلیرن به طور گسترده به منظور تعیین مکان امواج ضربه ای و پدیده های پیچیده ی لایه ی مرزی در جریان های مافوق صوت مورد استفاده قرار می گیرند.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
تداخل سنج

تداخل سنج



تداخل سنج ماخ – زندر
دقیق ترین وسیله ی مشاهده ی جریان است.نمایش شماتیک ان را در نظر بگیرید.منبع نور توسط عدسی L1 موازی شده و با صفحه ی تقسیم کننده ی S1 برخورد می کند.این صفحه اجازه می دهد نصف نور به آیینه ی M2 انتقال یابد در حالی که نصف دیگر را به طرف آیینه ی M1 منعکس می کند. پرتو ۱ از مقطع آزمایش عبور می کند، در صورتی که پرتو ۲ یک مسیر مشابه با طول مساوی را طی می کند.این دو پرتو توسط صفحه ی تقسیم کننده ی S2 دوباره به یکدیگر ملحق شده و نهایتا روی پرده کانونی می شوند. حال اگر این دو پرده یا به خاطر شکل هندسی دستگاه و یا به واسطه ی خواص شکست المان مسیر های اپتیکی، مسیر هایی با طول های اپتیکی مختلف را طی کنند، دو پرتو اختلاف فاز خواهند داشت و هر گاه درS2 به یکدیگر ملحق شوند، تداخل خواهند کرد.در این صورت نواحی یک در میان تاریک و روشنی به وجود می آید که به آن فریز می گویند.

تعداد فریز ها تابعی از اختلاف طول های مسیر اپتیکی دو پرتو است.اگر اختلاف طول های مسیر برابر یک طول موج باشد یک فریز وجود خواهد داشت، برای دو طول موج دو فریز و غیره.
تداخل سنج برای اندازه گیری مستقیم تغییرات چگالی در مقطع آزمایش به کار می رود.اگر چگالی در مقطع آزمایش ( یعنی پرتو ۱) با چگالی مربوط به پرتو ۲ تفاوت داشته باشد، خواص شکست محیط سیال تغییر می کند.
اگر محیط مقطع آزمایش دارای خواص اپتیکی مشابه با محیط پرتو ۲ باشد، فریز ها جابجا نخواهند شد مگر به واسطه ی آرایش هندسی دستگاه این جابجایی فریز ها را می توان با جابجا کردن آیینه ها و صفحات تقسیم کننده خنثی نمود.در این صورت، شکل ظاهری فریز های روی پرده را می توان با استفاده از تحلیل زیر مستقیما به تغییرات چگالی میدان جریان داخل مقطع آزمایش مربوط ساخت.

تغییر مسیر اپتیکی در مقطع آزمایش به خاطر تغییر ضریب شکست برابر است با:
(۱) (°L=l* (n – n∆
که در آن L ضخامت میدان جریان در مقطع آزمایش است می توان تغییر مسیر اپتیکی را با تغییر چگالی گازها مربوط ساخت.​
(۲) L=β*L* (P-P°) / PS∆
در این صورت تعداد جابجایی فریز ها N برابر است با:


(۳) N= ∆L / λ=β*L / λ* (ρ – ρ۰) / ρS
که در آن λ طول موج نور است. در معادله ی ۳ باید توجه داشت که ρ–ρ ۰ تغییر چگالی نسبت به حالت بدون فریز را نشان می دهد. اندیس ۰ به حالت بدون فریز اشاره می کند. یعنی شرایط مسیری که پرتو ۲ در شکل طی می کند.Ѕρ چگالی مرجع در شرایط استاندارد است.​
تداخل سنج تغییرات چگالی مقطع آزمایش را مستقیما و به صورت کمی نشان می دهد، اما این تغییرات به صورت مقادیر متوسط در تمامی ضخامت میدان جریان نشان داده می شوند.کاربرد آن گستره ی وسیعی از شرایط جریان را از جریان سرعت کم ( در حدود ۳۰cm/s ) در لایه های مرزی جابجایی آزاد تا پدیده ی موج ضربه ای در جریان مافوق صوت در بر می گیرد.در تداخل سنج معمولا از منبع جیوه ای استفاده می شود.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
باد سنج دوپلر لیزری (LDA)

باد سنج دوپلر لیزری (LDA)





قبلا ملاحظه کردیم که روش های اپتیکی مشاهده ی جریان این مزیت را دارند که در حین انجام اندازه گیری جریان را آشفته نمی سازند.بادسنج لیزری وسیله ای است که مزیت آشفته نساختن روش های اپتیکی را دارد و کمیت سرعت ها را با دقت بالایی اندازه می گیرد.این وسیله توانایی پاسخ سریع را دارد و برای اندازه گیری افت و خیز های مغشوش فرکانس بالا مناسب است.
تصویر شماتیک LDA در شکل الف نشان داده شده است.پرتو لیزر به کمک عدسی L1 روی یک المان حجم کوچک در جریان متمرکز می گردد.برای آن که این دستگاه قادر به کار باشد، جریان باید محتوی نوعی ذرات ریز باشد که بتواند نور را پراکنده سازد.اما تمرکز مورد نیاز ذرات بسیار کوچک است. مثلا آب تصفیه شهر برای پراکنده ساختن پرتو تابشی به اندازه ی کافی ناخالصی دارد. دو عدسی اضافی L2 و L3 به نحوی قرار داده شده اند تا پرتو لیزری که از میان سیال عبور می کند (عدسی L3 ) و قسمتی از پرتویی که تحت زاویه ی Ө پراکنده می شود ( عدسی L2 ) را دریافت کند.
در فرکانس نور پراکنده شده یک جابجایی دوپلر به وجود می آید که با سرعت جریان نسبت مستقیم دارد. چگالی قسمت پراکنده نشده ی پرتو توسط صافی چگالی خنثی کاهش یافته و از طریق تقسیم کننده ی پرتو مجددا با پرتو پراکنده شده ترکیب می شود.دستگاه باد سنج لیزری باید به نحوی ساخته شود که پرتو های مستقیم و پراکنده ی مسیر اپتیکی یکسانی را طی کنند، به طوری که در لوله ی تکثیر کننده ی نور تداخلی متناسب با جابجایی فرکانس مشاهده گردد.این جابجایی معرف سرعت جریان است.برای بازیافتن داده های سرعت از علائم تکثیر کننده ی نور باید از روش های الکترونیکی پیشرفته ای جهت پردازش علائم استفاده شود.با به کار گرفتن یک آنالیزور طیفی می توان سرعت را در جریان آرام دائم و سرعت میانگین و شدت توربولانس را در جریان مغشوش تعیین کرد.
روش های مشابه برای پراکنده ساختن و اندازه گیری در شکل های ب و ج نشان داده شده است.در (ب) پرتو لیزر در خارج مقطع آزمایش تقسیم می گردد و پرتو را می توان دقیقا روی نقطه ی مورد مطالعه در میدان جریان متمرکز ساخت. روزنه به عنوان حفاظی در برابر نور پراکنده شده ی نا همدوس ( غیر منسجم، ناموافق ) و نور زمینه عمل می کند. شکل ج اصلاح بیشتر سیستم را نشان می دهد و تنظیم آسان طول مسیر را امکان پذیر می سازد.
در کار LDA غالبا از لیزر های گازی هلیوم – نئون استفاده می شود، گرچه لیزر های یون آرگون پرتو خروجی شدید تری فراهم می کند. لیزر هلیوم – نئون با طول موج ۶۳۲.۸ نانو متر (در حدود ۱۴^۱۰*۵ هرتز) و پهنای نوار ۱۰ هرتز کار می کند.گرچه جابجایی دوپلر حاصل از مراکز پراکندگی متحرک در مقایسه با فرکانس منبع لیزری کوچک است، اما در مقایسه با پهنای نوار بسیار بزرگ بوده و می توان آن را به کمک روش های هترودین آشکار کرد. در این روش فوتو کاتود پرتو پراکنده شده را با پرتو مرجع مخلوط می کند تا جریانی با فرکانس مساوی با اختلاف فرکانس دو پرتو تولید کند. پردازش الکترونیکی نیاز به تحلیل طیفی جریان تکثیر کننده ی نوار دارد تا فرکانس دوپلر و از آن جا سرعت جریان تعیین شود.
واضح است که LDA سرعت ذرات پراکنده کننده را اندازه می گیرد.اگر آن ها به اندازه ی کافی کوچک باشند، سرعت لغزشی میان ذرات وسیال کوچک خواهد بود و لذا معرف خوبی برای سرعت سیال به دست خواهد آمد.
باد سنج های لیزری که پیش از یک مولفه سرعت را به طور همزمان اندازه می گیرند نیز ساخته شده اند، اما اپتیک و فن پردازش الکترونیکی سیگنال ها کاملا پیچیده و گران است. ولی با این حال امید غیر منتظره ای را در بررسی دقیق توربولانس و سایر پدیده های جریان عرضه می کند که انجام آن به طریق دیگر امکان پذیر نیست.ولش و هاینر خاطر نشان ساخته اند که حجم نمونه ی یک پرتو لیزری کانونی شده می تواند به کوچکی ۵-^۱۰ *۱.۶ (mm ^3 ) با تفکیک مکانی مرتبه ی چند ده میکرون باشد.
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
مشاهده جریان به روش دود

مشاهده جریان به روش دود

مشاهده جریان به روش های مختلفی صورت می گیرد که در پست های قبلی مورد برسی قرار گرفتند در این پست روش بسیار ساده مشاهده جریان با عنوان روش دود مورد بررسی قرار می گیرد.
یک روش بسیار ساده ی مشاهده ی جریان، تزریق دود به داخل جریان و پیروی آن از مخلوط جریان است. این روش عمدتا یک روش کیفی است و انجام اندازه گیری های مستقیم، به جز چند پدیده ی خاص مشکل است.
شکل جریانی را نشان می دهد که برای تایید یک محاسبه ی تحلیلی از مشاهده ی دود استفاده شده است. در این مورد برای رویت نمونه های (الگوهای) پیچیده ی جریان ثانویه در مجرایی که در آن یک جریان اجباری با یک موج صوتی ایستاده جفت شده، از دود استفاده شده است. نمونه های دود شکل الف یا پیش بینی های تحلیلی شکل ب به خوبی موافقت دارد.
برای آن که خطوط دود خطوط جریان را نشان دهند، لازم است که جرم ذرات منفرد دود به اندازه ی کافی کوچک باشد تا آزادانه با سرعت جریان حرکت کنند.
دود فیلتر شده ی حاصل از سوختن چوب پوسیده یا سیگار برگ معمولا برای بررسی های دود مناسب است. همانطور که دود حاصل از تترا کلرید تیتانیوم هنگام واکنش با رطوبت هوا و تشکیل اسید هیدروکلریک و اکسید تیتانیوم مناسب است.ولی این ماده اخیر، در مقابل بسیاری از موادی که برای ساختن ظروف استفاده می شود خوردگی ایجاد می کند.
یکی از بهترین مواد سوختی برای تولید دود غیر سمی، غیر خورنده و غلیظ محصولی است به نام فاگ جوس نوع ۱۹۶۴.دمای جوش این سوخت تقریبا ۵۳۰ درجه فارنهایت (۲۷۶ درجه سانتی گراد ) است محتوی هیدروکربن نفتی بوده و می توان آن را از اغلب فروشگاه های وسایل تئاتر خریداری کرد.




شکل الف) عکس دود اثرات جریان ثانویه ی حاصل از یک موج صوتی ایستاده در لوله را نشان می دهد.ب) خطوط جریان سیستم
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
کاوشگرهای فشار

کاوشگرهای فشار

در اغلب کاربردهای مکانیک سیالات، اندازه گیری دبی کلی توسط یکی از روش هایی که در بخش قبل مورد بحث قرار گرفتند، انجام می شود.این اندازه گیری ها از تغییرات موضعی سرعت و فشار در مجرای جریان صرف نظر می کنند و تنها دبی کلی از یک مقطع خاص را نشان می دهند.در کاربردهای مربوط به جریان های خارجی، نظیر هواپیما یا آزمایش های تونل باد، نوع اندازه گیری مورد نیاز کاملا متفاوت است.
دراین قبیل موارد با قرار دادن چندین کاوشگر در جریان، فشارهای استاتیک و سکون موضعی اندازه گیری می شوند. سپس می توان به کمک این اندازه گیری ها، سرعت موضعی جریان را محاسبه کرد. برای این نوع اندازه گیری کاوشگرهای متعددی وجود دارد.در بخش حاضر به بررسی بعضی از انواع ساده ی کاوشگرها می پردازیم.
فشار کلی برای سکون تک آنتروپیک یک گاز کامل به صورت زیر است :
(۱) (P0 / P∞ =(۱+(γ-۱)/۲* M∞^۲ )^(γ / γ-۱
که در آن p0 فشار سکون، ∞p فشار استاتیک جریان آزاد و ∞M عدد ماخ جریان آزاد با تعریف زیر است:​
(۲) M∞ = U∞ / a
a سرعت صوت بوده و برای گاز کامل از رابطه ی زیر محاسبه می شود:
(۳) (a=√(γ*gc *R*T
به سهولت می توان معادله ی (۱) را بر حسب فشار دینامیکی q با تعریف
(۴) q= 1/2* ρ*U∞^۲=۱/۲* γ* P* M∞^۲
نوشت بنابراین معادله ی (۱) به صورت زیر نوشته می شود:​
(۵) [P0 – P∞ = ۲*q / (γ*M∞^۲ ) [(۱+(γ-۱)/۲ *M∞^۲ )^(γ/(γ-۱)) – ۱
این رابطه را می توان به شکل زیر ساده کرد:​
(۶) (…+P0 – P∞ = ۲*q /(λ*M∞^۲ ) (۱+(M∞^۲)/۴+(۲-λ)/۲۴* M∞^۴
هنگامی که​
M∞^۲ *((λ-۱)/۲)<1
برای اعداد ماخ بسیار کوچک، معادله ی (۶) را به رابطه ی آشنای جریان تراکم ناپذیر تبدیل می شود:
(۷) P° – P∞ = ۱/۲* ρ*U∞^۲
لذا ملاحظه می کنیم که اندازه گیری فشار های استاتیک و سکون امکان می دهد که سرعت جریان را از معادله ی (۷) یا معادله ی (۵) بسته به نوع جریان تعیین می کنیم. همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده یک کاوشگر فشار کلی ساده را می توان به چند راه مختلف ساخت.

شکل ۱) پاسخ فشار سکون کاوشگرهای مختلف به تغییر زاویه سمت. الف)لوله ی باز، ب) لوله ی کانالی، ج) لوله ی یخ خورده، د) لوله با روزنه جانبی



در هر مورد برای اندازه گیری فشار کلی جریان، روزنه ی کاوشگر دقیقا به موازات جریان قرار داده می شود.
اگر کاوشگر نسبت به سرعت جریان آزاد زاویه ی Ө بسازد، فشار کمتری مشاهده خواهد شد.این کاهش فشار در شکل ۱ نشان داده شده است. وضعیت الف یک لوله ی باز را که در جریان قرار داده شده نشان می دهد. وضعیت ب کاوشگر حفاظدار نامیده می شود و تشکیل شده از یک لوله به شکل ونتوری که در جریان قرار می گیردو یک لوله ی باز در گلوگاه آن نصب شده تا فشار سکون را بسنجد.ملاحظه می گردد که این کاوشگر حساسیت چندانی به جهت جریان ندارد. وضعیت ج یک لوله ی باز با روزنه ی یخ خورده را نشان می دهد. یخ خوردگی در حدود ۱۵ درجه است و نسبت قطر خارجی به قطر داخلی لوله در حدود ۵ است. وضعیت د لوله ای را نشان می دهد که روزنه ی کوچکی در پهلوی آن سوراخ شده که عمود بر جهت جریان قرار داده می شود.همانطور که انتظار می رود، این نوع کاوشگر بیشترین حساسیت را به تغییرات زاویه ی سمت دارد.همچنین در شکل ۱ قسمتی از منحنی کاوشگر کیل دیده می شود که ساختمان آن به وضعیت ب شباهت دارد با این تفاوت که از ونتوری هموارتری نظیر شکل( ۲) استفاده شده است. کاوشگر کیل کمترین حساسیت را نسبت به زاویه ی سمت دارد.

شکل (۲) کاوشگر کیل (مدل ۳۶۹۶) برای اندازه گیری فشار سکون

اندازه گیری فشار استاتیک در یک جریان به مراتب مشکل تر از اندازه گیری فشار سکون است. یک کاوشگر نمونه برای اندازه گیری فشار های استاتک و سکون هر دو، لوله پیتوت است که در شکل ۳ نشان داده شده است.روزنه ی جلوی کاوشگر فشار سکون را می سنجد در حالی که سوراخ های کوچک روی سطح جانبی لوله فشار استاتیک را اندازه می گیرد. اندازه گیری فشار استاتیک با چنین وسیله ای قویا به فاصله ی سوراخ های جانبی از روزنه ی جلو و به زاویه ی سمت بستگی دارد.شکل ۴ وابستگی فشار استاتیک به فاصله از لبه ی جلویی کاوشگر را برای آرایش های زیر صوت کروی و مافوق صوت مخروطی نشان می دهد.برای تخفیف این حالت، سوراخ های فشار استاتیک معمولا در فاصله ی حداقل هشت قطر از جلوی کاوشگر در پایین دست جریان قرار داده می شوند.وابستگی فشار های استاتیک و سکون به زاویه ی سمت برای یک لوله ی پیتوت قرار دادی در شکل ۵ نشان داده شده است. این به وسیله به جهت جریان کاملا حساس است.کاوشگر شکل ۳ گاهی اوقات لوله ی استاتیک پیتوت نامیده می شود زیرا فشار استاتیک و سکون هر دو را اندازه می گیرد.
مشخصه های فشار استاتیک سه نوع کاوشگر بر حسب عدد ماخ و زاویه ی سمت در شکل های ۶ و ۷ نشان داده شده است. ملاحظه می گردد که گوه و لوله ی پرانتل هر دو مقادیر فشار استاتیک بسیار کمی را نشان می دهند در حالی که مخروط مقدار بیشتری را نشان می دهد.گوه کمترین مساحت را نسبت به زاویه ی سمت دارد.

شکل (۳) تصویر شماتیک لوله ی پیتوت


شکل (۴) تغییر فشار استاتیک در امتداد کاوشگر های زیر صوت و مافوق صوت


شکل (۵) تغییر فشار های استاتیک، سکون و دینامیکی نسبت به زاویه ی سمت برای لوله ی پیتوت


شکل (۶) مشخصه های زاویه ی سمت انواع کاوشگرهای فشار استاتیک

هر سه کاوشگر دارای دو سوراخ فشار استاتیک می باشند که با زاویه ی ۱۸۰ درجه از یکدیگر قرار گرفته اند.



شکل (۷) مشخصه های عدد ماخ کاوشگرهای فشار استاتیک
 

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
روشهای اندازه گیری جریان چند فازی

روشهای اندازه گیری جریان چند فازی

اصول جریان چند فازی:
قبل از شروع بررسی روی راه حل های اندازه گیری جریان های چند فازی و قابلیت های آن،لازم است احساسی روی جریان چند فازی توسعه دهیم. بدون درک صحیحی ازماهیت جریان چندفازی به سادگی انتخاب بهترین استراتژی برای اندازه گیری آن امکانپذیر نیست.همانطور که در این بخش نشان داده شده است هنوز جنبه های دیگری از جریان چند فازی وجود دارد که ناشناخته مانده است که باعث دشواری شناسایی و غلبه بر چالش های ارائه شده توسط MFM می شود.

مقدمه ای بر جریان چند فازی
در سراسر جهان تحقیقات روی جریان چند فازی توسط دانشمندان با پیشینه های بسیار متنوع انجام شده است: ریاضیدانان و فیزیکدانان و همچنین مهندسین مکانیک و هسته ای و شیمیایی و عمران و نفت و رشته هوا و فضا و محیط زیستی. جریان چند فازی هم در لوله ها و هم در محیط های متخلخل رخ می دهد.
به عنوان یک تعریف کلی جریان چند فازی از یک جریان متشکل از دو یا چند فاز تشکیل شده است. جریانهای چند فازی رایج ترین وقوع جریان در طبیعت می باشد. به عنوان نمونه: جریان خون در بدن انسان،حبابهای بالا رونده در لیوان آب , جو سرد و تراکم بخار بر روی پنجره. این جریان تا حد زیادی به ماهیت اجزاء و توزیع نسبی آنها بستگی دارد. ساده ترین مورد جریان چند فازی جریان دو فازی است که دو جز خالص در دو فاز متفاوت وجود دارند، یک نمونه آن جریان بخار- آب می باشد. فاز های حاضر در یک جریان تک فازی تشکیل شده اند از: • جامدات،که معمولا به شکل ذرات نسبتا کوچک هستند. فاز جامد تراکم ناپذیر و با مایعات اطراف خود ظاهر شکل ناپذیری دارد.
• مایعات،که نسبتا تراکم ناپذیرند اما ظاهر آنها همراه دیگر فاز ها تغییر می کند.
• گازها،که هم تراکم پذیر و هم تغییر شکل می دهند.

انواع جریان چند فازی،الگوهای جریان و نقشه های الگو جریان:
در شرح زیر به انواع اصلی جریان های چند فازی که در صنایع نفت و گاز با آن مواجه می شویم و اینکه چطور به مفهوم الگوی جریان مرتبط می شود، می پردازیم.
رفتار و شکلهای بین فازی در مخلوط چند فازی نمونه هایی هستند که الگوی جریان می گویند. درون جریان چند فازی رقابت بین نیرو ها و مکانیسم هایی وجود دارد که هر لحظه اتفاق می افتد. تعادل این نیرو ها الگوی جریان را تعیین می کند.عوامل متعددی وجود دارد که الگوی جریان چند فازی درون یک کانال را تعیین می کند: • خواص فاز ها، نسبت ها و سرعت ها
• دما و فشار عملیاتی
• قطر کانال، شکل، شیب و زبری
• وجود لوله در بالا دست و پایین دست (مانند شیر ها، اتصالات، خم ها و …)
• نوع جریان:حالت پایدار، شبه پایدار و گذرا

جریان های گاز – مایع عوامل حاکم بر توزیع سطحی (رژیم جریان) در یک جریان گاز- مایع پیچیده هستند. آنها شامل کشش سطحی ،رطوبت،پراکندگی،انعقاد،نیروهای بدنه و اثرات فلاکس گرما می باشند.
با این حال ممکن است که ما انواع توزیع سطحی را در گروه های گسترده معینی (رژیم جریان) دسته بندی کنیم، حتی اگر ماهیت دقیق جریان هنوز هم به اهمیت نسبی عوامل موثر
بستگی داشته باشد.رژیم در جریان گاز مایع عمودی در شکل ۱ نشان داده شده است.




شکل (۱) الگوهای جریان در جریان عمودی


شکل (۲) الگوهای جریان برای طیف وسیعی از زوایای شیبدار



جریان های مایع- مایع
در مقایسه با جریان های گاز- مایع پژوهش های کمتری روی جریان های مایع- مایع انجام شده است.الگو های جریان پیچیده تر هستند همانند شکل های زیر که نشان داده شده اند.
بحث عمومی در مورد جریان های مایع- مایع اولین بار توسط Govier and Aziz مطرح شد. برای مورد نفت- آب ، آب و نفت دارای چگالی های متفاوت هستند. الگو های جریان به شدت تحت تاثیر چگالی می باشند.




شکل (۳) الگوهای جریان در جریان افقی نفت-آب با یک نسبت چگالی نفت-آب ۰.۸۳



شکل (۴) الگوهای جریان در جریان عمودی نفت-آب
 
بالا