Debite_diafragma_12

8/2/2019 Debite_diafragma_12

1/7

1

Student:.................................................Grupa: .......................... Data:.......................

Msurarea debitelor cu ajutorul diafragmei

1. DEFINIIIDebitul este o msur a creterii/ descreterii masei de gaz dintr-un recipient.Diafragma este un disc metalic avnd un orificiu central de diametru mult mai mic dect cel alconductei n care se monteaz.

2. METODE DE MSURARE A DEBITULUIa) Metode locale exemplu: Tubul Pitot-Prandtl

Determinarea debitului se face pe baza msurrii unor efecte legate de curgerea gazelor,cum ar fi distribuia de viteze de curgere a fluidului prin conduct sau cderea de presiunepe un tronson. Prin medierea acestei distribuii, se determin viteza medie, care este apoifolosit la calculul debitului volumic i respectiv, masic.

b) Metode globale exemplu: Metoda bazat pe folosirea diafragmeiSunt utilizate pentru determinarea direct a debitului de fluid care circul prin conduct, prinmsurarea volumului de gaz ce trece n unitatea de timp printr-o seciune dat.

3. SCOPUL LUCRRII- Familiarizarea cu principalele noiuni i fenomene necesare nelegerii modului de calcul al

unui debit;- Determinarea experimental a marimilor care caracterizeaz curgerea gazelor prin diafragm

i calculul debitului de aer refulat de un ventilator;- Trasarea diagramei de etalonare (debitul masic funcie de cderea de presiune) a unei

diafragme.

4. PRINCIPIUL METODEIMetoda se bazeaz pe faptul c, montnd ntr-o conduct o diafragm (un obturator parial

de seciune), ca urmare a micorrii seciunii de curgere, este provocat o variaie a energieipoteniale de presiune a fluidului care curge prin conduct exprimat prin diferena de presiunestaticp care apare ntre o fa i cealalt a diafragmei. Aceast diferen de presiune estedependent de debitul de fluid ce trece prin conducti deci poate constitui o msur a acestuia.Modul de variaie a presiunii statice a fluidului de-a lungul conductei se poate urmri n fig.1.

Figura 1. Aspectul curgerii i variaia presiunii la trecerea fluidului printr-o

conduct obturat de o diafragm

l


2/7

2

Condiiile generale de aplicare a metodei:- fluidul trebuie s fie monofazic i omogen d.p.d.v. fizic i termic;- curgerea prin diafragm nu trebuie s provoace schimbarea strii de agregare (p


3/7

3

Se folosesc urmtoarele notaii:

0S

SII

= = coeficientul de contracie al venei;

2

02

==

D

d

S

S

I

= gradul de strangulare al conductei.

Ecuaia general a conservrii energiei (principiul I pentru sisteme deschise) este:

( ) t,IIIIII

III lqzzgww

hh 1212

22

2=+

+ (3)

n care exprimm entalpia specific: h=u+pv.Particularizm relaia (3) pentru cazul curgerii printr-o conduct a unui fluid incompresibil. Deaceea, se vor neglija: - variaia energiei interne, u;

- diferena de altitudine, z;- schimbul de cldur cu mediul nconjurtor, q12;- schimbul de lucru mecanic tehnic, l12,t.

Fluidul este incompresibil, deci vom considera acelai volum specific n cele dou seciuni:

1== vvv III

Rezult:

2

22III

III

wwpp

= (4)

Lund n considerare relaia (2), din relaia (4) se poate exprima viteza maxim de curgere afluidului:

( )

IIIIImax

ppww

==

2

1

142

(5)

Debitul masic de fluid care trece prin conduct este dat de relaia:IIIIwSVm ==

&& (6)

Se exprim seciunea SIIn funcie de coeficientul de contracie al venei i se introduce n relaia (6)expresia vitezei wII(rel.5). Rezult:

( )

III ppSm

= 21 42

0& (7)

Practic, datorit faptului c poziiile seciunilor I i II se modific n funcie de mrimeadebitului, construciei difragmei, calitatea suprafeelor, etc, n locul presiunilor pIipII, se msoarpresiunilep1ip2 la feele diafragmei:

21 pppp III = (8)nlocuim relaia (8) n relaia (9).

n ultimele dou relaii, i nu pot fi determinai n mod separat din cauza dependenei lorde numeroi factori cum ar fi: poziia prizelor de presiune, calitatea suprafeelor, frecri, repartiiavitezelor, forma muchiilor, etc. Din aceast cauz, termenul care cuprinde cei doi factori se noteazcu i se numetecoeficient de debit al diafragmei:

421

= (9)


4/7

4

Acesta este funcie de gradul de strangulare, , i de criteriul Reynolds, Re, valorile sale fiinddeterminate experimental (vezi tabel 3):

( )Re,f 4= (9) Trebuie inut cont i de influena temperaturii de lucru care este diferit de temperatura de

etalonare a conductei i diafragmei. De aceea, se aplic legea de dilatare termic liniar:

( )[ ]etalonareDt ttDD += 1( )[ ]

etalonaredtttdd += 1

( )[ ]tetalonared

t

tKStt

ddS

tK

02

22

,0 144=+==

444 3444 21

n aceste condiii,debitul masic pentru fluide incompresibile poate fi scris:

( ) 1210 2 ppSKm t =& (10)

n cele expuse, s-a considerat fluidul incompresibil, ceea ce poate fi admis numai pentrulichide. n cazul gazelor sau vaporilor, trebuie s se in seama de variaia densitii provocat devariaia presiunii fluidului la trecerea prin diafragm. Acest lucru se face prin introducerea n relaia(10) a unuicoeficient de destindere (detent), , care se calculeaz cu urmtoarea relaie:

( )

93501

1

24 131840370701

,

k

p

p,,

+= (11)

Rezult expresiadebitului masic pentru gaze:

( ) 1210 2 ppSKm t =& (12)

n ecuaia (12), toate mrimile din membrul drept cu excepia coeficientului de debit pot fideterminate n urma msurrii experimentale, conform celor artate anterior. Putem nota acest

produs cu CD, astfel nct:DCm =& (13)

Coeficientul de debit este dependent de criteriul Reynolds (vezi rel. (9)), care la rndulsu este dependent de debit conform relaiei:

1

4 D

mRe

&= (14)

n care 1 este viscozitatea dinamic a aerului pe faa amonte a diafragmei, considerat la T1.Deci, pentru a calcula debitul m& este necesar s determinm coeficientul de debit , care este

dependent deRe, care se calculeaz funcie de debit.

Din cauza acestei interdependene complicate, mrimea debitului se va obine prinaproximaii succesive (calcul iterativ) pornind de la o valoare a criteriului Reynolds aleas arbitrar.

7.2) Schema de calculCalculul se va face pentru fiecare regim de debit n parte, n dou etape: un calcul discursiv

(pentru aflarea termenului CD din relaia (13)) i unul iterativ (vezi observaia anterioar).

m&

' Re

Re

m&


5/7

5

Calculul discursiv Se calculeaz gradul de strangulare al conductei:

=

=

22

D

d .......................

Se calculeaz presiunile n Pa: p = apa g h =...............................................................PaPresiunea absolut pe faa amonte a diafragmei:

p1 = pB + apa g h1= ........................................Pa

Presiunea absolut pe faa aval a diafragmei: p2 = p1 -p = ........................Pa

Temperatura absolut pe faa amonte: T1 = t1 + 273 =.........................K Se determin densitatea aerului pe faa amonte:

==

1

11

RT

p .....................kg/m3

undeR = 287 J/(kg K) este constanta specific a aerului Se determin viscozitatea dinamic a aerului pe faa amonte:

=

+

+

=

2731

2731

1

1

1

T

T

C

C

N ...............................Ns/m2

unde C= 122 K(pentru aer) constant

N= 17,22*10-6

Ns/m2 viscozitatea dinamic n condiii normale

Se calculeaz seciunea orificiului diafragmei: == 42

0 dS

................................m2

Se calculeaz coeficientul de corecie cu temperatura:( )[ ]21 etalonaredt ttK += = .............................

unde d= 13,2*10-6

K-1 coeficientul de dilatare liniar pentru oel

tetalonare= 20 C

Se alege rugozitatea absolut a conductei din tabelul 1: kr= ... mm Se calculeaz raportulD/kr= .. Din tabelul 2, se determin factorul de rugozitate: r0 = f(2, D/kr) = .. Se calculeaz coeficientul de destindere:

( )

93501

1

24 131840370701

,

k

p

p,,

+= =...

unde k= 1,4 este exponentul adiabatic al aerului


6/7

6

Se calculeaz: 10 2 pSKC tD = =.........................kg/sCalculul iterativ

Iteraia 1:

Se alege o valoare a criteriului Reynolds. Pentru nceput, presupunem cea mai mare valoare a

acestuia:Re = 107.

Se determin coeficientul de debit al diafragmei: = 0 rRe = ...........................................unde 0

se determin din tabelul 3: 0 = f(4, Re) =........................

iar rRe = coeficient de corecie care ine seama de influena rugozitii conductei se determin

cu:( )


7/7

7

Valorile finale ale debitului masic: 1m& =...........................kg/s (debit maxim)2m& =...........................kg/s (debit intermediar)

3m& =...........................kg/s (debit minim)

8. Se traseaz pe hrtie milimetric DIAGRAMA DE VARIAIE: debit cdere de presiune.9. CONCLUZII10.Tabel 1: Valorile medii ale rugozitii absolutekr pentru conducte (STAS 7347/1-74)

- noi,sudate pe generatoare 0,04 - 0,l 0- noi, bituminate 0,05- folosite, cu stratul de bitum discontinuu 0,10- noi,cu strat de beton 0,18- noi,galvanizate pentru instalaii de ventilaii 0,008

- conducte de abur ( n med ie) 0,2 - 0,4- conducte de gaze ( n medie) 0,2 - 0,4

Conducte din oel

sudate

- conducte de ap( n medie) 0,4 - 1,2- cu pete uniforme de rugin 0,15- ruginite,cu cruste mici 0,15 - 0,4 - cu cruste de mrime medie 1,5- cu cruste mari 2 - 4- curite,dupfolosire ndelungat 0,15 - 0,20- pentru transport de gaze 0,5

Conducte din oel

folosite

- pentru transport de aze dupo exploatare de 20 ani 1,1

11.Tabel 2: Valorile factorului de rugozitate r0D / kr

400 800 1200 1600 2000 2400 28002

r00,1 1,002 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,0000,2 1,003 1,002 1,001 1,000 1,000 1,000 1,0000,3 1,006 1,004 1,002 1,001 1,000 1,000 1,0000,4 1,009 1,006 1,004 1,002 1,001 1,000 1,0000,5 1,014 1,009 1,006 1,004 1,002 1,001 1,000

12.Tabel 3: Valorile coeficientului de debit0 al diafragmei (STAS 7347/1-74)Re

104 2*104 3*104 5*104 105 106 1074

0

0,11 0,663 0,655 0,650 0,647 0,644 0,641 0,6400,12 0,668 0,659 0,654 0,651 0,647 0,645 0,6440,13 0,674 0,664 0,659 0,655 0,651 0,649 0,6480,14 0,679 0,668 0,663 0,659 0,655 0,652 0,651

ntre valorile din tabel se admite interpolare liniar.

Debite_diafragma_12

Documents

Transcript of Debite_diafragma_12