Masurarea vitezei fluidelor

Embed Size (px)

Citation preview

ProiectMasurarea vitezei fluidelor

Profesor coordonator

:

Chiliban Marius

Viteza particulei de fluid se defineste ca limita raportului intre deplasarea unuei particule de fluid si intervalul corespunzator de timp atunci cand acest interval tinde spre zero.Deoarece viteza fluidului pate sa varieze in spatiu si timp pot fi definite si alte masuri ale vitezei, precum viteza medie, etc. In procesul de masura a vitezei fluidelor apar aceleasi deziderate majore ca si la masurarea presiunii fluidelor si anume: -precizie -minima perturbarea a fenomenului prin prezenta -calitati dinamice ale sistemului de masurare -rezolutie spatiala la senzor -compromis acceptabil tehnico-economic(pret acceptabil la tehnica satisfacatoare).

1)Trasori macroscopici-In ipoteza ca trasorul introdus in curentul fluid se misca identic cu fluidul adiacent se folosesc drept trasori macroscopici, solizi, corpuri simple precum:Plutitori,prajini sau paravane mobile Trasorii macroscopici se utilizeaza pe rauri si canale, in general la curenti lichizi la suprafata libera.

2)Trasori microscopici- Se prezinta sub forma unor indicatori optici, electrici, chimici si radioactivi respectiv de exemplu sub forma unor coloranti, solutii saline, bule de gaz si substante radioactive.Locul de utilizare este orice retea hidraulica sa pneumatica, in conducte si canale

3)Vitezometre cu ultrasunete-Instrumentul se bazeaza pe emisia si receptiaunor ultrasunete in curentul fluid.Se utilizeaza doua posturi de emisie receptie la distanta apreciabila de-a lungul unei conducte in care curge un fluid. Cronometrarea duratelor necesare semnalelor ultrasonore de a parcurge in ambele sensuri distante cunoscuta intre posturi este suficienta pentru determinarea vitezei curentului fluid .

Aparatele de masurare a vitezei curentilor fluizi cu rotor sunt de fapt microturbine ce exploateaza dependenta intre viteza curentului si turatia rotorului la turbomasini. Aceste aparate de masura determina viteza medie corespunzatoare ariei transversale masurate de rotor. Aparatele cu rotor pentru gaz se numesc anemometre si cele pentru lichide moristi hidraulice

Sonda de viteza este un aparat de masura format dintr-un tub de viteza(canula), racorduri flexibile si unul sau mai multe piezometre.

Tipuri constructive de tuburi de viteza:-Tubul Pitot-Prandtl -Tubul Fuhrman -Tubul cilindric

-Tubul Pitot-Prandtl este in forma de L cu capul emisferic si sectiune transversala circulara si ovala. -Masoara viteza fluidelor de la viteze mici (0,1 m\s) pana la viteze sonice, chiar si supersonice =3, la gaze -Aceasta are o precizie de 2,5% eroare relativa. -Sondele au calitati dinamice slabe, sunt aparate de masura utile in regimuri stationare sau pt viteze medii. -Periodic se verifica etansarea tubului Pitot-Prandtl la suprapresiune.De obicei 2 bar

Aceasta se face in: 1).Lichide( fluidele incompresibile )

Conform fig. de mai sus daca se introduce presiunea dinamica , ca diferenta intre presiunea totala si statica intr-un punct , rezultand viteza curentului de lichid. Se observa ca pentru masurarea vitezei curentului fluid incompresibil este suficient un singur piezometru . Daca capatul tubului Pitot-Prandtl nu are forma emisferica se introduce un coeficient de corectie. 2).Gaze (fludie compresibile): Pentru masurarea vitezei in acest caz avem nevoie de cele 2 piezometre conform fig. prezentate mai sus. Uneori este convenabil a calcula viteza unui gaz cu reactia amendata de o corectie si montajul stabilite pentru lichid (fluid incompresibil) .

Calculul vitezei cu sonda sferica:Sonda sferica are un tub cu cap sferic cu 5 orificii legate de 5 piezometre. Aceasta permite determinarea directiei sensului si valorii vitezei curentului fluid, intr-un punct. Pentru masurare orificiile capului sferic trebuiesc orientate aproximativ pe directia curentului si in sens opus, conform fig. de mai jos:

Erori de aliniere Erori de turbulenta Erori de perete Erori datorita geometriei orificiilor de presiune Erori datorita geometriei capului sondei Erori datorita suportilor Erori datorita dimensiunilor tubului

Termoanemometrele Sunt aparate de masura a vitezei curentiilor de fluid bazate pe debitul cantitatii de caldura disipata (putere calorica pierduta ) de catre un element sensibil (senzorul) a carui temperatura este realizata din rezistenta sa electrica. Au excelente calitati dinamice, iar senzorul se poate realiza miniatural si foarte sensibil. Acestea, masoara vitezele instantanee locale si fluctuatiile de viteza. Termoanemometrele se compun din traductori mecanoelectrici (sonda cu sensor cu fir, fibra sau folie) , blocuri de prelucrare electronica a semnalului (punti,amplificatoare,adaptoare,liniarizatoare,corelatoa re,analizatoare de frecventa, etc. ) si dispositive de afisaj si inregistrare a rezultatelor.

Sondele termoanemometre Se compun din senzori, support, corp si conexiuni.Clasificarea sondelor termoanemometrice se poate face in raport cu tipul constructive in : Sonde cu fir cald, cu fibra si cu folie . Se constata ca sondele termoanemometre sunt predispose derivei. Termoanemometrele au banda de frecvente pana la MHz pentru viteza si KHz pentru temperature.

Senzorul termoanemometricSenzorul termoanemometric sub forma de fir sau folie este de dimensiuni reduse, cu timp de raspuns scurt si sensibilitate ridicata. Senzorul perturba foarte putin curentul fluid. Caracteristiciile senzorilor cu fir cald :

Rezistenta electrica a firului rece : R =3,5 Rezistenta electrica a firului cald : R = 7 Orientarea obijnuita a firului: transversala si vertical Numarul Reynolds = 30 Numarul Nusselt = 2

Calitati cerute firului senzorului termoanemometric

Rezistenta mecanica Coeficient ridicat de variatie a rezistentei sau rezistivitaii cu temperature Greu oxidabil Sudabil sau lipibil

Tehnologia de executie a senzorilor termoanemometrici se face prin :

Trefilare pentru fire Gravare pentru folii Stropire pe fibre

Surse de erori si incertitudiniSurse de erori si incertitudini in procesul de masurare cu termoanemometrele sunt urmatoarele :

Neuniformitatea temperaturii si vitezei la capetele firului in general al senzorului termoanemometrului Senzorul, firul sau folia se modifica geometric si metalografic in timp Firul si folia se polueaza in functionare ( cu praf, ulei, noroi, particule solide, bule de gaz, etc. ) Variatiile rapide ale vectorului fluctuatilor turbulente ale curentului fluid din jurul senzorului Modificarea apreciabila a directiei curentului.

Protectii si remedii Fata de aceste surse de erori si incertitudini : Calibrare si etalonare periodica Depoluare prin baie ultrasonic a senzorului dublata de o atenta filtrare a fluidului Protectia prin curatirea senzorului Calibrare dinamica Introducerea coeficientiilor de corectie pentru sensibilitatea spatial. Moduri de functionare a termoanemometrelor Constructiv si principal, exista doua moduri de functionare a termoanemometrelor : Cu intensitate constanta Cu temperature constanta

a.) Firul senzorului termoanemometrului perpendicular pe viteza medie La masuratori in curenti turbulenti toti termeni de ordinul al treilea se pot neglija daca turbulenta este foarte mica ,chiar si termenii de ordinul al doilea se pot neglija.

b.) Firul senzorului termoanemometrului este inclinat fata de viteza medie

c.) Masurarea fluctuatiilor turbulente Se presupune ca un curent turbulent se poate descrie cu ajutorul vitezei medii v^ si fluctuatiilor u`, v` si w` si ca toate fluctuatiile sunt mici comparativ fata de v^. In concluzie, pentru masuratori precise sunt necesare la fluctuatiile de viteza trei citiri simultane. Daca v`/v^