Материал: ПОСОБИЕ_НОВИКОВ

Полагая, что теплообмен осуществляется только конвекцией в жидкости, имеющей температуру , количество теплоты, участвующего в теплообмене, можно записать:

, (5.108)

где - боковая поверхность чувствительного элемента (для нити -, - диаметр сечения нити; - ее длина; для ленты,- ее ширина и- длина);

- коэффициент теплообмена;

- температура датчика.

При тепловом равновесии имеет место

Тогда из (5.107) и (5.108) следует

. (5.109)

Скорость жидкости V входит в выражение для , для которого предложены различные эмпирические формулы в зависимости от характеристики течения.

Существует формула Кинга

, 5.110)

где и- постоянные для конкретной жидкости и датчика.

Тогда из (5.109) имеем

. (5.111)

Из последней зависимости может быть легко получено выражение для искомой скорости потока жидкости.

Из сказанного выше вытекает принципиального схема определения скорости, которая может быть представлена в виде, приведенном на рисунке 5.28.

5.10.2.3. Чашечные и крыльчатые анемометры

Анемометры этого типа, называемые также “вертушками”, снабжены чувствительными элементами в виде системы чашек или крыльчаток, приводимых во вращение движущейся жидкостью.

Скорость вращения, измеряемая соответствующим тахометрическим устройством, пропорциональна скорости течения жидкости.

На рисунке 5.29 приведена схема чашечного анемометра.

Выведем уравнения равновесия анемометра.

Линейная скорость чашек 1 и 3 равна соответственно u и – u и направлены они параллельно скорости потока V.

Поэтому силы лобового сопротивления определяются как:

; (5.112)

, (5.113)

где ,- коэффициенты лобового сопротивления каждой из сторон полусферических чашек;

- площадь миделевого сечения чашек;

- плотность жидкости.

Очевидно, что в установившемся движении имеет место .

Тогда их двух предыдущих выражений имеем:

. (5.114)

Численные значения коэффициентов для полой полусферы равныи. Отсюда получаем компактное выражение

, (5.115)

в котором значение скорости u легко можно получить, имея информацию об угловой скорости вращения системы крыльчаток и расстояние до чашек от оси вращения системы.

5.10.2.4. Методы измерения скорости косвенными датчиками

Скорость жидкости можно определить косвенно, по воздействию, оказываемому на некоторую зависящую от скорости физическую величину, измеряемую рассматриваемыми датчиками.

Измерение трубкой Пито

Уравнение Бернулли:

позволяет связать скорость V с давлением p₁, p₂ соответственно в точках 1 и 2 (рисунок 5.30).

Для такого случая получаем:

. (5.116)

Как следует из рассмотрения полученного выражения, для определения скорости потока необходимо знать значения давления на срезе трубки (в точке 1) и на ее стенке (в точке 2).

Ультразвуковой анемометр

Схема такого анемометра предсталена на рисунке 5.31.

Cистема измерения состоит из излучателя ультразвуковых импульсов и приемника, находящегося на расстоянии L от излучателя.

На рисунке:

V – скорость движения потока;

α – угол между вектором скорости и направлением распространения волн.

Длительность распространения импульсов между излучателем и приемником равна

. (5.117)

Отсюда

. (5.118)

Как следует из (5.118), скорость потока определяется достаточно просто.

5.10.3. Измерение расхода жидкости

Измерение расхода имеет большое значение в трубопроводных транспортных системах (газо- и нефтепроводы), в промышленных установках.

5.10.3.1. Электромагнитные расходомеры

Принцип действия

Схема работы расходомера поясняется рисунком 5.32.

Рассмотрим перемещение за время dt отрезка проводника M₁M₂= l в магнитном поле с индуктивностью B со скоростью V. При этом угол между проводником и вектором скорости равен θ.

Из рассмотрения рисунка можно получить следующие соотношения:

- для ометаемой проводником элементарной площади

; (5.119)

- для магнитного потока

; (5.120)

- для индуциированной э.д.с. (закон Ленца)

. (5.121)

Если все три вектора перпендикулярны, то (5.121) дает

. (5.122)

Полученная формула может быть распространена и на случай течения жидкости в трубопроводе диаметром D со скоростью V, перпендикулярной B

, (5.122)

т.е. величина э.д.с. пропорциональна скоростиV, а соответственно и расходу ~ .

Реализация метода

Схема, показывающая, как может быть реализован метод, приведена на рисунке 5.33.

Магнитная индукция создается двумя катушками, расположенными диаметрально противоположно по обе стороны трубопровода, расход в котором измеряется.

Здесь используется трубопровод из немагнитного материала.

Два электрода, воспринимающие сигнал, располагаются на концах диаметра поперечного сечения, перпендикулярного силовым линиям магнитного поля.

Достоинства магнитных расходомеров

К ним можно отнести:

- измерение не зависит от различных свойств жидкости;

- измерение практически не зависит от распределения скорости в трубопроводе;

- в зоне измерений не происходит потери напора, т.к. сечение трубопровода не загромождается ничем;

- у расходомера отсутствуют подвижные изнашиваемые элементы;

- коррозионная стойкость (что особенно важно, например, в случае измерения расхода кислот).

5.10.3.2. Механические расходомеры с электрическим преобразователем

На чувствительный элемент, помещенный в трубопровод, воздействуют аэро- или гидродинамические силы движущейся массы, которые вызывают его вращение (например, под действием ротора турбины) или перемещение (под действием лопастей).

Соответствующий датчик (в первом случае – тахометр, во втором – датчик положения) генерирует электрический сигнал, пропорциональный расходу жидкости.

Турбинный расходомер

Принцип действия такой же, как у крыльчатых анемометров: приводит во вращение трубку, размещенную на оси трубопровода.

Частота вращения турбины N (число оборотов в единицу времени) пропорциональна расходу Q:

. (5.122)

Коэффициентявляется параметром конструкции расходомера, не зависящим от рода жидкости.

Из теоретического анализа размерности следует, что соотношение (где- диаметр трубопровода) зависит от числа Рейнольдса.

Для больших чисел соотношениене зависит от (рисунок 5.34). В этом случае характеристика расходомера является линейной.

Достоинством турбинных расходомеров является удобство использования генерируемых ими электрических сигналов.

К недостаткам следует отнести то, что можно использовать такие датчики только там, где отсутствуют возмущения течения жидкости.

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/284677

Смотрите также:

Административное расследование
Внутренняя картина здоровья у студентов: когнитивный аспект детерминации
Внутритробная ультразвуковая диагностика врождённых аномалий
Задачи - бактериальные менингиты Королева
лабораторная 7 - Управление пользователями в операционной системе LINUX (автовосстановление)
Муниципальное управление в сфере здравоохранения
Практическая Акинфеева
Соотношение некоторых преступлений 34 главы Уголовного кодекса Российской Федерации с преступлениями против военной службы
Социальные конфликты в современном обществе
Экономический расчет участка