№1 (85) — ЖУРНАЛ "ТРУБОПРОВІДНИЙ ТРАНСПОРТ", 01-12.2014

НАУКА
Рис. 3. Графіки розподілу швидкостей при
однорідному потоці
Рис. 4. Графіки розподілу швидкостей при
неоднорідному потоці
суються принципів виміру, мають наближені
рішення взаємодії рідинних потоків з первинними
вимірювальними перетворювачами,
отримані для випадків певних потоків
(ламінарних і турбулентних) і не враховують
гідродинамічні процеси, які відбуваються
при взаємодії швидких і швидкозмінних
потоків з чутливими елементами вимірювальних
перетворювачів, які знаходяться в
русі.
Також, досить спрощений опис процесів
виміру витрати енергоносіїв не відображає
всю різносторонність явищ, що виникають
під час роботи ВПВ.
В той же час такі ВПВ потребують вдосконалення,
яке направлене на підвищення
їх метрологічних і експлуатаційних характеристик.
У свою чергу, на якість виміру істотно
впливають гідродинамічні характеристики
вимірюваних потоків рідин і газів, а особливо
їх неоднорідність, у тому числі несиметрична
епюри розподілу швидкості по поперечному
перетину вимірювального каналу.
Одним з найбільш перспективних підходів
до рішення вище описаної задачі є
визначення міри неоднорідності швидкостей
в поперечних перетинах трубопроводів
до і після ВПВ, а також у вимірювальній
камері самого перетворювача з подальшою
оцінкою впливу неоднорідності потоку на
метрологічні характеристики засобу виміру.
При цьому важливим етапом вирішення
таких завдань є розробка методики оцінки
величини неоднорідності швидкості вимірюваного
потоку по всій довжині вимірювального
тракту. За результатами такої оцінки
рекомендації на вдосконалення самих ВПВ
і місця їх установки на вузлі обліку, направлені
на зменшення погрішностей приладів і
систем виміру витрати і кількості ВПВ.
Оцінка неоднорідності потоку на основі
оцінки вірогідності неспівпадання кривих
розподілу швидкостей в поперечних перетинах.
При вимірі витрати і кількості ПЕР відбувається
поширення і взаємодія потужних
просторових турбулентних потоків рідини на
метрологічні і експлуатаційні характеристики
вимірювальних перетворювачів витрати, тому
необхідно визначити реальні параметри векторного
поля швидкостей в різних поперечних
перетинах потоків.
Сучасний розвиток інформаційних технологій
дозволяє з високою точністю досліджувати
за допомогою системи CAD/CAE характер
потоку рідин і газів [3].
Для визначення величини
неоднорідності потоку
вимірюваного середовища
по розподілу швидкості
пропонується порівнювати
відносні значення
швидкостей в перетині по
кожній з m діаметральних
хорд повністю розвиненого
однорідного потоку, як
правило, на вході перед
місцевим опором (профіль
Грего) з відносними
значеннями швидкостей по
відповідній діаметральній
хорді в поперечному
перетині, який досліджується
Одним з таких CAD /CAE систем є програмне
середовище ANSYS, що дає змогу з високою
точністю визначити проекції векторів швидкостей
в дискретних точках потоків, як по поперечному
перетину, так і по довжині потоку.
За результатами віртуального моделювання
в середовищі ANSYS в кожному поперечному
перетині вимірювального тракту (рис. 1)
набуваємо значення проекцій векторів швидкості
по чотирьох осях (діаметральних хордах
I-I (0º-0º), II-II (135º-135º), III-III (90º-90º), IV-IV
(45º-45º) (рис. 2).
При симетричному полі розподілу швидкостей
значення їх складових по осях з однаковими
координатами близькі між собою (рис. 3).
При порушенні однорідності потоку, розподіл
швидкостей по осях з однаковими координатами
матиме між собою відмінності (рис. 4).
Аналіз неоднорідності потоку вимірюваного
середовища в поперечному перетині проводимо
за комплексною оцінкою величини
неспівпадання епюр розподілу швидкості по
кожній діаметральній хорді.
Під час оцінки неоднорідності поля розподілу
швидкостей в певному поперечному
перетині знайдемо відносні значення розподілу
швидкостей по кожній діаметральній хорді:
вд υkm( n)
υkm( n) = ,
υ
maxkm
(1)
де υ km
(n) — значення швидкості в n-ій точці
по m-ой діаметральній хорді k-ого перетину;
υ maxkm
- значення максимальної швидкості по
m-ой діаметральній хорді k-ого перетину.
Для визначення величини неоднорідності
потоку вимірюваного середовища по розподілу
швидкості пропонується порівнювати
відносні значення швидкостей в перетині по
кожній з m діаметральних хорд повністю розвиненого
однорідного потоку, як правило, на
вході перед місцевим опором (профіль Грего)
з відносними значеннями швидкостей по відповідній
діаметральній хорді в поперечному
перетині, який досліджується.
Відносні значення швидкості в перетині
по кожній з m діаметральних хорд повністю
Експериментальні дані швидкостей в початковому (нульовому) перетині
Ri (), i= 1−
n
υ
вд
0m
0 – 0,1
10
1-2 2-3 … 99-100 n υ 10
вд m
n υ
вд
m
n υ
вд
m
0,1 – 0,2
20
…
(1)
(1)
…
0,9 – 1,0 n υ
вд (1)
0
n υ 0 вд m
в m
в
∑ n υ
вд
i0m
i=
1
(1)
n υ
(2) … n ( n′
)
υ10
вд
10 m
n υ
(2) … n ( n′
)
υ20
вд
20 m
вд
в0m
…
…
вд
m
вд
m
…
n υ
(2) … n вд ( n′
)
υ 0
в
n υ
вд
i0m
i=
1
∑ (2) … n вд ( n′
)
υ 0
в
∑
i=
1
в m
i
m
n′
∑
i=
1
n′
∑
i=
1
n′
∑
i=
1
в
∑
i=
1
n
вд
υ10
m
n
вд
υ20
m
…
n
вд
υв0m
n
Таблиця 1
вд
υi0m
() i
() i
() i
() i
ТРУБОПРОВIДНИЙ ТРАНСПОРТ | СІЧЕНЬ-ЛЮТИЙ 1(85) 2014 р. 29